DE102013209492A1

DE102013209492A1 - Schrägscheibenmaschine

Info

Publication number: DE102013209492A1
Application number: DE102013209492.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Greiner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-11-27
Also published as: WO2014187607A1

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) mit einer Auflagefläche (18), Gleitschuhe (39), welche an je einer Kolbenverbindungsstelle (22) mit je einem Kolben (7) verbunden sind, zur mittelbaren Lagerung der Kolben (7) auf der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14), eine Rückhaltescheibe (37), welche mit den Gleitschuhen (39) verbunden ist, eine Wiegenlagerung (20) für die Schwenkwiege (14), wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24) zum Verschwenken der Schwenkwiege (14), eine Niederdrucköffnung zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen (6), eine Hochdrucköffnung zum Aus- und/oder Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und/oder in die rotierenden Kolbenbohrungen (6), wobei die Rückhaltescheibe (37) auf der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) mit einer Gleitlagerung (17) gelagert ist und die Gleitlagerung (17) zwischen der Rückhaltescheibe (37) und der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) hydrostatisch entlastet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
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 liegen Gleitschuhen auf, welche an einer Rückhaltescheibe befestigt sind. 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 Gleitschuhe sind unmittelbar mit einer Gleitlagerung, welche hydrostatisch entlastet ist, auf der Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert und die Gleitschuhe sind mit der Rückhaltescheibe verbunden, so dass die Gleitschuhe radial bezüglich der Rückhaltescheibe beweglich sind. Die Rückhaltescheibe weist keinen unmittelbaren Kontakt zu der Auflagefläche der Schwenkwiege auf. Die Schwenkwiege wird von zwei hydraulischen Schwenkeinrichtungen, die je von einem Verstellkolben und einem Verstellzylinder gebildet sind, um eine Schwenkachse verschwenkt. In den Gleitschuhen ist ein Entlastungskanal vorhanden, durch welchen Hydraulikflüssigkeit zu der hydrostatisch entlasteten Gleitlagerung zwischen den Gleitschuhen und der Auflagefläche der Schwenkwiege geleitet wird. Die Gleitschuhe weisen eine kleine Kontaktfläche zu der Auflagefläche der Schwenkwiege auf, so dass ein Kippen und Verschwenken der Gleitschuhe auftritt. Um trotz des Kippens und Verschwenkens der Gleitschuhe eine ausreichende hydrostatische Entlastung zu gewährleisten, ist es erforderlich, einen großen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit durch den entsprechend dimensionierten Entlastungskanal zu leiten, so dass wegen des großen durch die Entlastungskanäle geleiteten Volumenstromes an Hydraulikflüssigkeit große hydraulische Energieverluste auftreten und damit die Schrägscheibenmaschine in nachteiliger Weise einen kleinen Wirkungsgrad aufweist.
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 mit einer Auflagefläche, Gleitschuhe, welche an je einer Kolbenverbindungsstelle mit je einem Kolben verbunden sind, zur mittelbaren Lagerung der Kolben auf der Auflagefläche der Schwenkwiege, eine Rückhaltescheibe, welche mit den Gleitschuhen verbunden ist, 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 die Rückhaltescheibe auf der Auflagefläche der Schwenkwiege mit einer Gleitlagerung gelagert ist und die Gleitlagerung zwischen der Rückhaltescheibe und der Auflagefläche der Schwenkwiege hydrostatisch entlastet ist. Die Rückhaltescheibe ist unmittelbar auf der Auflagefläche der Schwenkwiege mit der Gleitlagerung gelagert und diese Gleitlagerung ist hydrostatisch entlastet. Die Kontaktfläche zwischen der Rückhaltescheibe und der Auflagefläche der Schwenkwiege ist wesentlich größer als die Summe der Kontaktflächen zwischen den Gleitschuhen und der Auflagefläche der Schwenkwiege im Stand der Technik. Die große Kontaktfläche verhindert im Wesentlichen ein Kippen der Rückhaltescheibe. Aufgrund dieser großen Kontaktfläche und des im Wesentlichen nicht vorhandenen Kippens der Rückhaltescheibe kann die Gleitlagerung mit einem sehr kleinen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit wirksam hydrostatisch entlastet werden. Dadurch tritt ein geringer hydraulischer Energieverlust für die Gleitlagerung auf und der Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine ist dadurch erhöht. Ferner ist die hydrostatische Entlastung sehr wirksam und effektiv, sodass dadurch auch eine sehr geringe Reibleistung zwischen der Rückhaltescheibe und der Auflagefläche der Schwenkwiege auftritt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform sind die Gleitschuhe dahingehend mit der Rückhaltescheibe verbunden, dass die Gleitschuhe keinen unmittelbaren Kontakt zu der Auflagefläche der Schwenkwiege aufweisen und/oder zwischen den Gleitschuhen und der Auflagefläche der Schwenkwiege ist die Rückhaltescheibe angeordnet und/oder die Gleitschuhe sind radial bezüglich der Rückhaltescheibe beweglich. Eine zu der Auflagefläche der Schwenkwiege zugewandte Seite der Gleitschuhe weist einen Abstand zu der Auflagefläche der Schwenkwiege auf und zwischen dieser zu der Auflagefläche der Schwenkwiege zugewandten Seite der Gleitschuhe und der Auflagefläche der Schwenkwiege ist die Rückhaltescheibe und/oder ein Teil der Rückhaltescheibe angeordnet. Dadurch tritt kein unmittelbarer Kontakt der Gleitschuhe zu der Auflagefläche auf und die Gleitschuhe und damit auch die Kolben sind damit ausschließlich mittels der Rückhaltescheibe mittelbar auf der Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert. Dadurch kann mit einem geringen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit diese Gleitlagerung besonders wirksam und effektiv hydraulisch entlastet werden.
In einer ergänzenden Variante ist die Gleitlagerung zwischen der Rückhaltescheibe und der Auflagefläche der Schwenkwiege mit Hydraulikflüssigkeit hydrostatisch entlastet und/oder die Rückhaltescheibe ist unmittelbar auf der Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert. Die Hydraulikflüssigkeit ist im Allgemeinen Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck, welcher an der Schrägscheibenmaschine bzw. an der Hochdrucköffnung der Schrägscheibenmaschine zur Verfügung steht.
In einer weiteren Ausführungsform ist bzw. sind in der Schwenkwiege wenigstens ein Entlastungskanal, insbesondere mehrere Entlastungskanäle, ausgebildet, so dass durch den wenigstens einen Entlastungskanal Hydraulikflüssigkeit zu der Gleitlagerung zwischen der Rückhaltescheibe und der Auflagefläche der Schwenkwiege leitbar ist. Durch die Entlastungskanäle in der Schwenkwiege kann die Hydraulikflüssigkeit zu der Gleitlagerung zwischen der Rückhaltescheibe und der Auflagefläche der Schwenkwiege besonders einfach und effektiv geleitet werden. Zur Zuführung der Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck in den wenigstens einen Entlastungskanal in der Schwenkwiege wird die Hydraulikflüssigkeit mittels einer Zuführvorrichtung dem wenigstens einen Entlastungskanal zugeführt, beispielsweise mittels eines Hochdruckschlauches, welcher mit der verschwenkbaren Schwenkwiege verbunden ist.
In einer ergänzenden Variante weist die wenigstens eine Schwenkeinrichtung einen Verstellkolben auf und in dem Verstellkolben ist ein Verstellkolben-Entlastungskanal ausgebildet, welcher in fluidleitender Verbindung mit dem wenigstens einen Entlastungskanal in der Schwenkwiege steht. Die Zuführvorrichtung für die Hydraulikflüssigkeit kann auch von dem Verstellkolben mit dem Verstellkolben-Entlastungskanal gebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Rückhaltescheibe mittels einer radialen Gleitlagerung an der Schwenkwiege gelagert. Die Schwenkwiege weist beispielsweise eine kreisförmige Aussparung auf, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser der Rückhaltescheibe, sodass dadurch die Rückhaltescheibe an einer radialen Außenseite der Rückhaltescheibe an der radialen Gleitlagerung der Aussparung gelagert ist. Dadurch tritt im Wesentlichen kein Kippen oder Schwenken der Rückhaltescheibe auf, sodass dadurch die Effektivität der hydrostatischen Entlastung der Gleitlagerung zusätzlich erhöht ist und dadurch ein noch geringerer Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit zur hydrostatischen Entlastung der Gleitlagerung zwischen der Rückhaltescheibe und der Auflagefläche der Schwenkwiege erforderlich ist.
Zweckmäßig ist in den Kolben je ein Kolben-Entlastungskanal ausgebildet und der Kolben-Entlastungskanal mündet zu einer Kolbenverbindungsstelle zwischen den Gleitschuhen und den Kolben, so dass die Kolbenverbindungsstelle mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolben-Entlastungskanal geschmiert ist. Insbesondere ist dabei die Kolbenverbindungsstelle, beispielsweise eine Lagerkugel an dem Gleitschuh und eine Lagerpfanne an dem Kolben oder umgekehrt, mittels der Hydraulikflüssigkeit geschmiert, jedoch tritt vorzugsweise keine hydrostatische Entlastung zwischen oder an der Kolbenverbindungsstelle auf. Zweckmäßig kann jedoch die Kolbenverbindungsstelle auch hydrostatisch entlastet sein.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Rückhaltescheibe als eine Doppelscheibe ausgebildet und eine erste Scheibe ist, insbesondere unmittelbar, auf der Auflagefläche der Schwenkwiege mit der Gleitlagerung gelagert und eine zweite Scheibe weist Bohrungen auf und innerhalb der Bohrungen sind die Gleitschuhe an der zweiten Scheibe befestigt und radial bezüglich der zweiten Scheibe beweglich.
In einer zusätzlichen Ausführungsform sind die erste und zweite Scheibe der Rückhaltescheibe als Doppelscheibe fest miteinander verbunden. Die erste und zweite Scheibe sind dabei insbesondere parallel zueinander ausgerichtet.
In einer weiteren Ausführungsform ist mit einer Rückhaltevorrichtung, insbesondere einer Druckfeder, auf die Rückhaltescheibe eine Rückhaltekraft aufgebracht, so dass die Rückhaltescheibe in ständigen Kontakt mit der Auflagefläche der Schwenkwiege steht.
In einer weiteren Variante ist zwischen der Rückhaltscheibe und der Auflagefläche der Schwenkwiege eine Zwischenscheibe angeordnet und die Zwischenscheibe wird als Bestandteil der Rückhaltescheibe betrachtet.
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 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege,
3 einen Teillängsschnitt der Schwenkwiege und einer Rückhaltescheibe der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
4 eine Ansicht der Rückhaltescheibe der Schrägscheibenmaschine gemäß 1 an der einer Zylindertrommel abgewandten Seite,
5 eine Ansicht einer Rückhaltescheibe der Schrägscheibenmaschine gemäß 1 an der einer Zylindertrommel zugewandten Seite und
6 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 ein- oder zweiteilig ausgebildet sind und die Grenze zwischen der 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 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 flüssigkeitsdicht einen Innenraum 44, der mit Hydraulikflüssigkeit befüllt ist.
Die Schwenkwiege 14 weist eine ebene bzw. plane Auflagefläche 18 zur Auflage einer Rückhaltescheibe 37 auf. Die Rückhaltescheibe 37 ist mit einer Vielzahl von Gleitschuhen 39 verbunden und jeder Gleitschuh 39 ist dabei mit jeweils einem Kolben 7 verbunden. Hierzu weist der Gleitschuh 39 eine Lagerkugel 40 (1 und 3) 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 Kolben 7 in den Kolbenbohrungen 6 weisen jeweils einen Kolben-Entlastungskanal 67 auf. Diese Kolben-Entlastungskanäle 67 münden in die Kolbenverbindungsstellen 22. Mittels der Hydraulikflüssigkeit aus den Kolben-Entlastungskanälen 67 sind die Kolbenverbindungsstellen 22, das heißt die Lagerung der Lagerkugel 40 der Gleitschuhe 39 an der Lagerpfanne 59 der Kolben 7 geschmiert. 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 an der Rückhaltescheibe 37 führt auch die Rückhaltescheibe 37 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 mit aus. Damit die Rückhaltescheibe 37 in ständigem unmittelbarem Kontakt zu der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 steht, wird diese von einer Druckfeder 41 als Rückhaltevorrichtung mit einer Rückhaltekraft 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 aufgrund der von der Druckfeder 41 auf die Rückhaltescheibe 37 aufgebrachten Rückhaltekraft diese Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 mit aus.
Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2 ist bei konstanter Drehzahl der Antriebswelle 9 der von der Schrägscheibenmaschine 1 geförderte Volumenstrom umso größer, je größer der Betrag des Schwenkwinkels α ist und umgekehrt. Hierzu liegt an dem in 1 rechts dargestellten Ende der Zylindertrommel 5 eine Ventilscheibe 11 auf, mit einer nierenförmigen Hochdrucköffnung 12 und einer nierenförmigen Niederdrucköffnung 13. Die Kolbenbohrungen 6 der rotierenden Zylindertrommel 5 werden somit fluidleitend bei einer Anordnung an der Hochdrucköffnung 12 mit der Hochdrucköffnung 12 verbunden und bei einer Anordnung an der Niederdrucköffnung 13 mit der Niederdrucköffnung 13 fluidleitend verbunden. Bei einem Schwenkwinkel α von 0° und bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 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 der Zylindertrommel 5 liegt auf der Ventilscheibe 11 auf. 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 eine zweite Seite 65 weist eine Aussparung zur Lagerung der Antriebswelle 9 mit einer weiteren Lagerung 10 auf. Die Schwenkwiege 14 weist die Öffnung 42 auf, durch welche die Antriebswelle 9 geführt ist und die ringförmige, ebene Rückhaltescheibe 37 weist die zentrische Scheibenöffnung 38 auf, durch welche die Antriebswelle 9 ebenfalls geführt ist.
Die Schwenkwiege 14 weist eine kreisförmige Aussparung 43 auf. Innerhalb dieser Aussparung 43 ist die Rückhaltescheibe 37 teilweise angeordnet. Die Rückhaltescheibe 37 umfasst eine erste Scheibe 68 und eine zweite Scheiben 69, welche jeweils ringförmig und eben ausgebildet sind und die erste und zweite Scheibe 68, 69 sind fest miteinander verbunden. Die erste Scheibe 68 liegt an einer zu der Auflagefläche 18 zugewandten Seite 62 unmittelbar auf der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege auf. Die zweite Scheibe 69 weist eine zu der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 abgewandte Seite 61 auf. An der zweiten Scheibe 69 sind Bohrungen 36 ausgebildet (3 und 4). Innerhalb der Bohrungen 36 sind die Gleitschuhe 39 angeordnet und dabei in radialer Richtung 71 bezüglich der zweiten Scheibe 69 beweglich. In einer axialen Richtung 70 sind die Gleitschuhe 39 im Wesentlichen unbeweglich bezüglich der Rückhaltescheibe 37. Eine zu der Auflagefläche 18 zugewandte Seite der Gleitschuhe 39 liegt auf der ersten Scheibe 68 auf. Die Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 stellt eine axiale Auflagefläche 18 dar, an welcher die erste Scheibe 68 mittels einer Gleitlagerung 17 gelagert ist. Die axiale Richtung 70 ist dabei senkrecht zu einer von der Auflagefläche 18 aufgespannten fiktiven Ebene und parallel zu einer Rotationsachse der Rückhaltescheibe 37 und der Gleitschuhe 39. Die radiale Richtung 71 ist senkrecht zu der axialen Richtung 70. Ein radiales Ende der ersten Scheibe 68 liegt auf der Begrenzung der Aussparung 43 durch die Schwenkwiege 14 auf, sodass dadurch die erste Scheibe 68 und damit auch die gesamte Rückhaltescheibe 37 mittels einer radialen Gleitlagerung 35 zusätzlich an der Schwenkwiege 14 gelagert ist.
Der in 1 untere Verstellkolben 29 der zweiten Schwenkeinrichtung 26 weist einen Verstellkolben-Entlastungskanal 33 auf. Der Verstellkolben-Entlastungskanal 33 ist fluidleitend verbunden mit einem Verbindungsstellen-Entlastungskanal 34 an der Lagerkugel 19 bzw. der Verbindungsstelle 32 und dieser Verbindungsstellen-Entlastungskanal 34 ist fluidleitend verbunden mit einem Entlastungskanal 23 in der Schwenkwiege 14. Der Entlastungskanal 23 teilt sich in eine Vielzahl von Entlastungskanälen 23 auf, welche in der radialen Richtung 71 zu der Auflagefläche 18 münden. Dadurch kann Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck aus dem Verstellzylinder 30 zu der Gleitlagerung 17 zwischen der Auflagefläche 18 und der ersten Scheibe 68 bzw. der Rückhaltescheibe 37 gelagert werden. Diese Mündungen der Entlastungskanäle 23 sind dabei im Wesentlichen gleichmäßig verteilt auf die Auflagefläche 18, sodass dadurch eine besonders effektive und wirksame hydrostatische Entlastung der Gleitlagerung 17 mit einem geringen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit möglich ist. Die radiale Gleitlagerung 35 zwischen der radialen Außenseite der ersten Scheibe 68 und der Begrenzung der Aussparung 43 in der radialen Richtung 71 ist mit der Hydraulikflüssigkeit aus den Entlastungskanälen 23 geschmiert und vorzugsweise ebenfalls hydrostatisch entlastet. Die erste Scheibe 68 weist an der der Auflagefläche 14 zugewandten Seite 62 eine große Kontaktfläche zu der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 auf, sodass dadurch bereits mit einem sehr geringen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit, welche durch die Entlastungskanäle 23 geleitet wird, eine besonders effektive hydrostatische Entlastung der Gleitlagerung 17 gewährleistet ist. Dadurch tritt bei einem sehr geringen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit durch die Entlastungskanäle 23 eine sehr geringe Reibleistung zwischen der ersten Scheibe 68 und der Auflagefläche 18 auf. Zusätzlich wird dieser Effekt dadurch verstärkt, dass ein Kippen oder Schwenken der ersten Scheibe 18 einerseits aufgrund der großen Kontaktfläche und der zusätzlichen radialen Gleitlagerung 35 im Wesentlichen ausgeschlossen ist, sodass dadurch die Wirksamkeit und Effektivität der hydrostatischen Entlastung der Gleitlagerung 17 zusätzlich verbessert ist.
In 6 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 der 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 Gleitlagerung 17 zwischen der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 und der Rückhaltescheibe 37 ist hydrostatisch entlastet. Dadurch tritt eine sehr geringe Reibleistung zwischen der Rückhaltescheibe 37 und der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 auf. Die Gleitschuhe 39 weisen keinen unmittelbaren Kontakt zu der Auflagefläche 18 auf, sondern sind nur mittelbar mittels der Rückhaltescheibe 37 auf der Auflagefläche 18 gelagert. Die große Kontaktfläche zwischen der Rückhaltescheibe 37 und der Auflagefläche 18 ermöglicht es, die Gleitlagerung 17 mit einem geringen Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit wirksam hydrostatisch zu entlasten. Dadurch treten an der Schrägscheibenmaschine 1 geringe hydraulische Energieverluste für die hydrostatische Entlastung der Gleitlagerung 17 auf, sodass dadurch in vorteilhafter Weise die Schrägscheibenmaschine 1 einen großen Wirkungsgrad aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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

Claims

Schrägscheibenmaschine (1) als Axialkolbenpumpe (2) und/oder Axialkolbenmotor (3), umfassend – eine um eine Rotationsachse (8) drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel (5) mit Kolbenbohrungen (6), – in den Kolbenbohrungen (6) beweglich gelagerte Kolben (7), – eine mit der Zylindertrommel (5) zumindest drehfest verbundene Antriebswelle (9), welche um die Rotationsachse (8) drehbar bzw. rotierend gelagert ist, – eine um eine Schwenkachse (15) verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege (14) mit einer Auflagefläche (18), – Gleitschuhe (39), welche an je einer Kolbenverbindungsstelle (22) mit je einem Kolben (7) verbunden sind, zur mittelbaren Lagerung der Kolben (7) auf der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14), – eine Rückhaltescheibe (37), welche mit den Gleitschuhen (39) verbunden ist, – 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), dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltescheibe (37) auf der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) mit einer Gleitlagerung (17) gelagert ist und die Gleitlagerung (17) zwischen der Rückhaltescheibe (37) und der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) hydrostatisch entlastet ist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschuhe (39) dahingehend mit der Rückhaltescheibe (37) verbunden sind, dass die Gleitschuhe (39) keinen unmittelbaren Kontakt zu der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) aufweisen und/oder zwischen den Gleitschuhen (39) und der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) die Rückhaltescheibe (37) angeordnet ist und/oder die Gleitschuhe (39) radial bezüglich der Rückschaltscheibe (37) beweglich sind.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerung (17) zwischen der Rückhaltescheibe und der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) mit Hydraulikflüssigkeit hydrostatisch entlastet ist und/oder die Rückhaltescheibe (37) unmittelbar auf der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) gelagert ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schwenkwiege (14) wenigstens ein Entlastungskanal (23), insbesondere mehrere Entlastungskanäle (23), ausgebildet ist bzw. sind, so dass durch den wenigstens einen Entlastungskanal (23) Hydraulikflüssigkeit zu der Gleitlagerung (17) zwischen der Rückhaltescheibe (37) und der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) leitbar ist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24) einen Verstellkolben (29) aufweist und in dem Verstellkolben (29) ein Verstellkolben-Entlastungskanal (33) ausgebildet ist, welcher in fluidleitender Verbindung mit dem wenigstens einen Entlastungskanal (23) in der Schwenkwiege (14) steht.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltescheibe (37) mittels einer radialen Gleitlagerung (35) an der Schwenkwiege (14) gelagert ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kolben (7) je ein Kolben-Entlastungskanal (67) ausgebildet ist und der Kolben-Entlastungskanal (67) zu einer Kolbenverbindungsstelle (22) zwischen den Gleitschuhen (39) und den Kolben (7) mündet, so dass die Kolbenverbindungsstelle (22) mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolben-Entlastungskanal (67) geschmiert ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltescheibe (37) als eine Doppelscheibe (37) ausgebildet ist und eine erste Scheibe (68), insbesondere unmittelbar, auf der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) mit der Gleitlagerung (17) gelagert ist und eine zweite Scheibe (69) Bohrungen (36) aufweist und innerhalb der Bohrungen (36) die Gleitschuhe (39) an der zweiten Scheibe (69) befestigt und radial bezüglich der zweiten Scheibe (69) beweglich sind.
Antriebsstrang (45) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – wenigstens eine Schrägscheibenmaschine (1) zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und umgekehrt, – wenigstens einen Druckspeicher (53), dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibenmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 9, 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.