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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
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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 drehfest mit einer Antriebswelle verbunden und auf einen ersten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck und auf einen zweiten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Niederdruck. Eine Schwenkwiege ist um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert und auf der Schwenkwiege liegt eine Rückhaltescheibe mit Gleitschuhen auf. An den Gleitschuhen sind die Kolben befestigt. Die Rückhaltescheibe mit den Gleitschuhen führt zusammen mit der Zylindertrommel eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse aus und eine ebene Auflagefläche der Schwenkwiege ist dabei in einem spitzen Winkel, zum Beispiel zwischen 0° und +20° und zwischen 0° und -20°, zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet. Bei einer Ausrichtung der Auflagefläche der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse, d. h. mit einem Schwenkwinkel von 0°, kann von der Schrägscheibenmaschine keine mechanische in hydraulische Energie umgewandelt werden und umgekehrt. Mit zwei Schwenkeinrichtungen kann der Schwenkwinkel der Auflagefläche bezüglich der Rotationsachse beispielsweise zwischen –20° und +20° verändert werden und die Schwenkeinrichtungen bringen dabei eine Druckkraft auf die Schwenkwiege auf. Die Schwenkwiege ist an zwei Lagerschalen eines Gehäuses der Schrägscheibenmaschine gelagert. Dabei werden von den rotierenden Kolben an Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck größere Kräfte auf die Schwenkwiege aufgebracht als von den Kolben an Hydraulikflüssigkeit unter Niederdruck. Die beiden Lagerschalen sind dadurch mit einer ungleichmäßigen Druckkraft beaufschlagt und die Lagerschale an dem fiktiven ersten Teil der Schrägscheibenmaschine ist einer größeren Druckkraft ausgesetzt als die Lagerschale an dem fiktiven zweiten Teil der Schrägscheibenmaschine mit der Niederdrucköffnung. Die Schrägscheibenmaschine ist von einer fiktiven Schnittebene bzw. Mittelebene parallel zu und in der Rotationsachse der Zylindertrommel und senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege in den fiktiven ersten Teil und den fiktiven zweiten Teil unterteilt. Aufgrund dieser auftretenden unterschiedlichen Druckkräfte an den beiden Lagerschalen an den beiden fiktiven Teilen der Schrägscheibenmaschine tritt an derjenigen Lagerschale bzw. der entsprechenden Gleitlagerung ein höherer mechanischer Verschleiß auf, sodass dadurch in nachteiliger Weise die Lebensdauer der Schrägscheibenmaschine reduziert ist. Darüber hinaus sind in aufwendiger und kostspieliger Weise aufwendigere Maßnahmen für die Gleitlagerung der Schwenkwiege aufgrund der größeren Druckkräfte erforderlich. Die beiden Schwenkeinrichtungen und damit auch die beiden Verbindungsstellen zwischen den Schwenkeinrichtungen und der Schwenkwiege sind dabei mittig, das heißt in der fiktiven Schnittebene bzw. Mittelebene angeordnet, sodass die von den beiden Schwenkeinrichtungen auf die Schwenkwiege aufgebrachten Druckkräfte gleichmäßig auf die beiden Lagerschalen verteilt sind. Da jedoch von den Kolben unter Hochdruck an dem ersten Teil der Schrägscheibenmaschine größere Kräfte aufgebracht werden als von den Kolben an dem zweiten Teil unter Niederdruck, treten eben genannten ungleichmäßigen Druckkräfte an den beiden Lagerschalen auf und die Lagerschale an dem ersten fiktiven Teil der Schrägscheibenmaschine weist dadurch wesentlich größere Druckkräfte auf als die Lagerschale an dem fiktiven zweiten Teil der Schrägscheibenmaschine.
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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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Aus der
DE 10 2012 215 240 A1 ist eine gattungsbildende Schrägscheibenmaschine bekannt. Die Schrägscheibenmaschine weist die Lagerkugeln an der Schwenkwiege an einem fiktiven zweiten Teil auf, so dass dadurch die Druckkräfte zwischen der Wiegenlagerung und der Schwenkwiege an einem fiktiven ersten Teil mit einer Hochdrucköffnung reduziert sind, jedoch ist eine spanabhebende Bearbeitung der Lagerabschnitte der Schwenkwiege aufgrund der Schwenkarme aufwendig und teuer.
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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 drehfest verbundene Antriebswelle, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege, eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege, wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege, welche mit der Schwenkwiege an je einer Verbindungsstelle verbunden ist, 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 mit einer fiktiven Schnittebene in und parallel zu der Rotationsachse der Zylindertrommel und senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege die Schrägscheibenmaschine in einen fiktiven ersten Teil mit der Hochdrucköffnung an der Zylindertrommel und einen fiktiven zweiten Teil mit der Niederdrucköffnung an der Zylindertrommel unterteilt ist und die von der wenigstens einen Schwenkeinrichtung auf die Schwenkwiege aufgebrachte resultierende Kraft, insbesondere aufgrund der Ausbildung und/oder Anordnung der wenigstens einen Verbindungsstelle, an dem fiktiven zweiten Teil in die Schwenkwiege einbringbar ist, um die auftretenden Druckkräfte zwischen der Wiegenlagerung und der Schwenkwiege an dem fiktiven ersten Teil zu reduzieren, wobei die wenigstens eine Verbindungsstelle, insbesondere sämtliche Verbindungsstellen, an der Schwenkwiege für die wenigstens eine Schwenkeinrichtung als ein gesondertes Bauteil in Ergänzung zu der übrigen Schwenkwiege ausgebildet ist bzw. sind.
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Die von der wenigstens einen Schwenkeinrichtung auf die Schwenkwiege aufgebracht resultierende Kraft, insbesondere Gesamtkraft, wird dabei an dem fiktiven zweiten Teil der Schwenkwiege aufgebracht. Die von den beweglich gelagerten Kolben auf die Schwenkwiege mittelbar aufgebrachten Kräfte sind an dem ersten fiktiven Teil der Schrägscheibenmaschine größer als an dem fiktiven zweiten Teil der Schrägscheibenmaschine, da die an dem fiktiven ersten Teil der Schrägscheibenmaschine befindlichen Kolben unter Hochdruck stehen und dadurch auf die Schwenkwiege von den Kolben an dem ersten Teil eine größere Kraft aufgebracht wird. Zur gleichmäßigen Verteilung der auf die Wiegenlagerung wirkenden Kräfte zwischen dem ersten und zweiten fiktiven Teil wirkt somit die von der wenigstens einen Schwenkeinrichtung aufgebrachte resultierende Kraft auf den fiktiven zweiten Teil der Schrägscheibenmaschine bzw. Schwenkwiege, sodass dadurch die Wiegenlagerung im Vergleich zu einer Aufbringung der resultierenden Kraft an der fiktiven Schnittebene bzw. Mittelebene an dem ersten Teil geringer belastet ist und an dem fiktiven zweiten Teil größer belastet ist. Dadurch kann bei einer entsprechenden Auslegung eine im Wesentlichen gleichmäßige Kraftbeaufschlagung der Wiegenlagerung zwischen dem ersten und zweiten fiktiven Teil erreicht werden. Aufgrund der Ausbildung der wenigstens einen Verbindungsstelle als ein gesondertes Bauteil in Ergänzung zu der übrigen Schwenkwiege kann bei der Herstellung der Schwenkwiege die Schwenkwiege zunächst ohne der wenigstens einen Verbindungsstelle hergestellt werden, insbesondere zunächst ein Lagerabschnitt an der Schwenkwiege spanabhebend, z. B. mit Drehen und/oder Schleifen, bearbeitet werden, so dass das Bearbeitungswerkzeug für die spanabhebende Bearbeitung zunächst nicht von der wenigstens einen Verbindungsstelle behindert ist. Erst nach der spanabhebenden Bearbeitung des wenigstens einen Lagerabschnittes wird die wenigstens eine Verbindungsstelle, insbesondere der wenigstens einen Schwenkarm mit je einer Verbindungsstelle, mit der übrigen Schwenkwiege verbunden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Wiegenlagerung dahingehend ausgebildet, dass die Schwenkachse der Schwenkwiege bei einem Verschwenken der Schwenkwiege eine Schwenk- bzw. Rotations- und Translationsbewegung ausführt. Die Schwenkwiege führt somit bei dem Verschwenken sowohl eine Schwenkbewegung als auch eine Translationsbewegung aus.
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Vorzugsweise ist die wenigstens eine Schwenkeinrichtung als ein Spindeltrieb ausgebildet mit einem Elektromotor zum Antrieb des Spindeltriebes.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die wenigstens eine Verbindungsstelle an der Schwenkwiege für die wenigstens eine Schwenkeinrichtung an je einem Schwenkarm oder je einem Schwenkstab ausgebildet, so dass der wenigstens Schwenkarm oder der wenigstens eine Schwenkstab als ein gesondertes Bauteil in Ergänzung zu der übrigen Schwenkwiege ausgebildet ist und/oder die von der wenigstens einen Schwenkeinrichtung auf die Schwenkwiege aufgebrachte resultierende Kraft ist ausschließlich an dem zweiten Teil in die Schwenkwiege einbringbar und/oder die Schrägscheibenmaschine mehrere Schwenkeinrichtungen umfasst und bei sämtlichen Schwenkeinrichtungen, die von den Schwenkeinrichtungen auf die Schwenkwiege aufgebrachten resultierenden Kräfte ausschließlich an dem zweiten Teil in die Schwenkwiege einbringbar sind. Vorzugsweise werden von sämtlichen Schwenkeinrichtungen die resultierenden Kräfte an dem zweiten Teil, insbesondere ausschließlich, in die Schwenkwiege eingebracht oder sind einbringbar, sodass dadurch sämtliche von den Schwenkeinrichtungen auf die Schwenkwiege aufgebrachten resultierenden Kräfte einen Beitrag zur gleichmäßigen Kraftbeaufschlagung der Wiegenlagerung leisten.
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In einer ergänzenden Variante ist der wenigstens eine Schwenkarm oder der wenigstens eine Schwenkstab form- und/oder kraftschlüssig mit der übrigen Schwenkwiege verbunden, insbesondere mit einer Schraub- und/oder Steck- und/oder Pressverbindung, und/oder an der übrigen Schwenkwiege ist wenigstens eine Aussparung, insbesondere eine Bohrung, ausgebildet und innerhalb der Bohrung ist ein zweiter Endbereich des wenigstens einen Schwenkarmes oder des wenigstens einen Schwenkstabes angeordnet zur Verbindung des wenigstens einen Schwenkarmes oder des wenigstens einen Schwenkstabes mit der übrigen Schwenkwiege und/oder die von der wenigstens einen Schwenkeinrichtung auf die Schwenkwiege aufgebrachte resultierende Kraft ist in einem Abstand von wenigstens 0,2 cm, 0,5 cm, 1 cm, 3 cm, 5 cm, 7 cm, 10 cm oder 20 cm zu der fiktiven Schnittebene an dem zweiten Teil in die Schwenkwiege einbringbar und/oder die wenigstens eine Verbindungsstelle ist in einem Abstand von wenigstens 0,2 cm, 0,5 cm, 1 cm, 3 cm, 5 cm, 7 cm, 10 cm oder 20 cm zu der fiktiven Schnittebene an dem zweiten Teil ausgebildet und/oder die Schrägscheibenmaschine umfasst mehrere Schwenkeinrichtungen und bei sämtlichen Schwenkeinrichtungen sind die auf die Schwenkwiege aufgebrachten resultierenden Kräfte in einem Abstand von wenigstens 0,2 cm, 0,5 cm, 1 cm, 3 cm, 5 cm, 7 cm, 10 cm oder 20 cm zu der fiktiven Schnittebene an dem zweiten Teil in die Schwenkwiege einbringbar und/oder die wenigstens eine Verbindungsstelle und/oder die wenigstens eine Schwenkeinrichtung, insbesondere sämtliche Verbindungsstellen und/oder sämtliche Schwenkeinrichtungen, ist oder sind in einem Abstand von wenigstens 0,2 cm, 0,5 cm, 1 cm, 3 cm, 5 cm, 7 cm, 10 cm oder 20 cm zu der fiktiven Schnittebene an dem zweiten Teil ausgebildet. Mit der Schraub-, Steck- oder Pressverbindung kann der wenigstens eine Schwenkarm oder Schwenkstab besonderes einfach und zuverlässig nach der spanabhebenden Bearbeitung des Lagerabschnittes mit der Schwenkwiege verbunden werden.
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In einer ergänzenden Variante ist der Betrag der Differenz des Abstandes von dem geometrischen Schwerpunkt der Hochdrucköffnung zu der fiktiven Schnittebene und von der wenigstens eine Verbindungsstelle zu der fiktiven Schnittebene kleiner als 1 cm, 3 cm, 5 cm, 7 cm, 10 cm oder 20 cm, wobei der Abstand senkrecht zu der fiktiven Schnittebene ausgerichtet ist.
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Zweckmäßig weist die Schrägscheibenmaschine zwei Schwenkeinrichtungen, insbesondere nur zwei Schwenkeinrichtungen, auf und/oder an der Schwenkwiege sind zwei Schwenkarme oder zwei Schwenkstäbe ausgebildet und die Verbindungsstellen sind an einem ersten Endbereich der Schwenkarme oder Schwenkstäbe ausgebildet und/oder die wenigstens eine Verbindungsstelle, insbesondere sämtliche Verbindungsstellen, ist oder sind, insbesondere ausschließlich, außerhalb der fiktiven Schnittebene ausgebildet und/oder der wenigstens eine Schwenkarm oder der wenigstens eine Schwenkstab einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich aufweist und die ersten und zweiten Endbereiche an gegenüberliegenden Endbereichen ausgebildet sind und an dem ersten Endbereich die Verbindungsstelle ausgebildet ist und an dem zweiten Endbereich der wenigstens eine Schwenkarm oder der wenigstens eine Schwenkstab mit der übrigen Schwenkwiege verbunden ist, insbesondere innerhalb der Aussparung an der übrigen Schwenkwiege angeordnet ist. Insbesondere ist die wenigstens eine Schnittstelle somit nicht von der fiktiven Schnittebene geschnitten.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform weist die wenigstens eine Schwenkeinrichtung einen Verstellkolben auf zur Aufbringung einer Druckkraft auf die wenigstens eine Verbindungsstelle und vorzugsweise ist die Druckkraft in Richtung der Rotationsachse zu der Schwenkwiege ausgerichtet. Die Schwenkeinrichtung weist einen Verstellkolben auf, welcher insbesondere von einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt ist, und dabei wird von dem Verstellkolben, insbesondere ausschließlich, eine Druckkraft in Richtung der Rotationsachse in Richtung zu der Schwenkwiege von der Schwenkeinrichtung auf die Schwenkwiege an der Verbindungsstelle aufgebracht.
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In einer ergänzenden Ausführungsform weist die Schrägscheibenmaschine ein Gehäuse auf und das Gehäuse ist ein- oder mehrteilig ausgebildet und/oder die Wiegenlagerung ist von zwei Lagerschalen gebildet, auf welche mittelbar oder unmittelbar je ein Lagerabschnitt der Schwenkwiege aufliegt und die Lagerschalen sind vorzugsweise getrennt in dem ersten und zweiten fiktiven Teil der Schrägscheibenmaschine angeordnet. Die beiden Lagerschalen können auch mit einer von der fiktiven Schnittebene geschnittenen Verbindungsschale der Lagerschale miteinander verbunden sein.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Lagerschalen an dem Gehäuse ausgebildet und/oder die Lagerschalen und der wenigstens eine Lagerabschnitt sind in einem Schnitt parallel zu der fiktiven Schnittebene kreissegmentförmig ausgebildet. Eine kreissegmentförmige Ausbildung der Lagerschalen und des Lagerabschnitts in dem Schnitt parallel zu der fiktiven Schnittebene ist erforderlich, um die Schwenkwiege um eine Schwenkachse verschwenkbar zu lagern.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Wiegenlagerung als Gleitlagerung ausgebildet.
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In einer weiteren Variante sind in einer fiktiven Zusatzschnittebene parallel zu der fiktiven Schnittebene von der fiktiven Zusatzschnittebene die wenigstens eine Verbindungsstelle, insbesondere sämtliche Verbindungsstellen, an der Schwenkwiege und die Lagerschale an der Wiegenlagerung in dem fiktiven zweiten Teil geschnitten. In vorteilhafter Weise bewirken somit bei drucklosen Kolbenbohrungen und bei von den Schwenkeinrichtungen auf die Verbindungsstellen aufgebrachten Kräften diese Kräfte kein Kippmoment an der Schwenkwiege, so dass die Schwenkwiege ständig mit beiden Lagerabschnitten auf den beiden Lagerschalen an der Wiegenlagerung aufliegt.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Wiegenlagerung als ein Wälzlager ausgebildet und zwischen der Lagerschale und den Lagerabschnitten sind Wälzelemente, zum Beispiel Kugeln oder Rollen, angeordnet.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Ventilscheibe mit der Hochdrucköffnung und der Niederdrucköffnung und die Ventilscheibe liegt auf der Zylindertrommel auf und vorzugsweise sind die Hochdrucköffnung und Niederdrucköffnung nierenförmig ausgebildet. Die Hochdrucköffnung ist an dem ersten fiktiven Teil und die Niederdrucköffnung ist an dem zweiten fiktiven Teil der Schrägscheibenmaschine ausgebildet. Die Ventilscheibe ist feststehend und führt keine Rotationsbewegung aus und liegt auf der rotierenden Zylindertrommel mittelbar oder unmittelbar auf. Dadurch können die in der Zylindertrommel ausgebildeten Kolbenbohrungen abwechselnd mit der Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck oder Niederdruck beaufschlagt werden.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung weist die Schrägscheibenmaschine eine Rückhaltescheibe auf und an der Rückhaltescheibe sind Gleitschuhe befestigt, auf welchen jeweils ein Kolben befestigt ist, so dass die Rückhaltescheibe zusammen mit den Gleitschuhen die Rotationsbewegung der Zylindertrommel mit den Kolben mit ausführt und die Rückhaltescheibe auf der Schwenkwiege mittelbar oder unmittelbar aufliegt.
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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 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer Schrägscheibenmaschine,
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2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege,
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3 eine perspektivische Ansicht der Schwenkwiege mit einer Zylindertrommel und einer Ventilscheibe,
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4 einen Querschnitt einer Schwenkwiege und einer Lagerschale für die Schwenkwiege der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
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5 eine Biegebalkenmodell der Schwenkwiege und
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6 einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine in 1 in einem Längsschnitt dargestellte Schrägscheibenmaschine 1 dient als Axialkolbenpumpe 2 zur Umsetzung bzw. Umwandlung mechanischer Energie (Drehmoment, Drehzahl) in hydraulische Energie (Volumenstrom, Druck) oder als Axialkolbenmotor 3 zur Umsetzung bzw. Umwandlung hydraulischer Energie (Volumenstrom, Druck) in mechanische Energie (Drehmoment, Drehzahl). Eine Antriebswelle 9 ist mittels zweier Lagerungen 10 an einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse 4 der Schrägscheibenmaschine 1 um eine Rotationsachse 8 drehbar bzw. rotierend gelagert (1). Mit der Antriebswelle 9 ist eine Zylindertrommel 5 drehfest verbunden, sodass dadurch die Zylindertrommel 5 die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 mit ausführt. In die Zylindertrommel 5 sind eine Vielzahl von Kolbenbohrungen 6 mit einem beliebigen Querschnitt, zum Beispiel quadratisch oder kreisförmig, eingearbeitet. Die Längsachsen der Kolbenbohrungen 6 sind dabei im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 8 der Antriebswelle 9 bzw. der Zylindertrommel 5 ausgerichtet. In den Kolbenbohrungen 6 ist jeweils ein Kolben 7 beweglich gelagert. Eine Schwenkwiege 14 ist um eine Schwenkachse 15 verschwenkbar an dem Gehäuse 4 gelagert. Die Schwenkachse 15 ist senkrecht zu der Zeichenebene von 1 und 4 und parallel zu der Zeichenebene von 2 ausgerichtet. Die Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 ist parallel zur und in der Zeichenebene von 1 angeordnet und senkrecht auf der Zeichenebene von 2.
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Die Schwenkwiege 14 weist eine ebene bzw. plante Auflagefläche 18 zur mittelbaren Auflage einer Rückhaltescheibe 37 auf, da zwischen der Rückhaltescheibe 37 und der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 eine Zwischenscheibe 38 angeordnet ist. Die Rückhaltescheibe 37 ist mit einer Vielzahl von Gleitschuhen 39 versehen und jeder Gleitschuh 39 ist dabei mit jeweils einem Kolben 7 verbunden. Hierzu weist der Gleitschuh 39 eine Lagerkugel 40 (1) auf, welcher in einer Lagerpfanne 59 an dem Kolben 7 befestigt ist. Die teilweise sphärisch ausgebildete Lagerkugel 40 und Lagerpfanne 59 sind beide komplementär bzw. sphärisch ausgebildet, sodass dadurch bei einer entsprechenden Bewegungsmöglichkeit zueinander zwischen der Lagerkugel 40 und der Lagerpfanne 59 an den Kolben 7 eine ständige Verbindung zwischen dem Kolben 7 und dem Gleitschuh 39 vorhanden ist. Die Zwischenscheibe 38 dient dazu, um Reibungskräfte zwischen der rotierenden Rückhaltescheibe 37 und der drehfest und nicht rotierend um die Rotationsachse 8 gelagerten Schwenkwiege 14 zu reduzieren. Aufgrund der Verbindung der Kolben 7 mit der rotierenden Zylindertrommel 5 und der Verbindung der Lagerpfannen 59 mit den Gleitschuhen 39 führen die Gleitschuhe 39 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 mit aus und aufgrund der festen Verbindung bzw. Anordnung der Gleitschuhe 39 auf der Rückhaltescheibe 37 führt auch die Rückhaltescheibe 37 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 mit aus. Damit die Rückhaltescheibe 37 in ständigem mittelbarem Kontakt zu der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 steht, wird diese von einer Druckfeder 41 unter einer Druckkraft auf die Auflagefläche 18 gedrückt.
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Die Schwenkwiege 14 ist – wie bereits erwähnt – um die Schwenkachse 15 verschwenkbar gelagert und weist ferner eine Öffnung 42 (1 und 3) zur Durchführung der Antriebswelle 9 auf. Am Gehäuse 4 ist eine Wiegenlagerung 20 ausgebildet und diese Wiegenlagerung 20 ist aufgrund der Schnittbildung in 1 nur strichliert dargestellt. An der Wiegenlagerung 20 ist eine Lagerschale 21 (4) ausgebildet, welche in einem Schnitt senkrecht zu der Schwenkachse 15 gemäß 1 und 4 kreissegmentförmig ausgebildet ist. Dabei sind an der Schwenkwiege 14 zwei Lagerabschnitte 17 ausgebildet, welche in diesem Schnitt kreissegmentförmig sind. Die beiden Lagerabschnitte 17 der Schwenkwiege 14 liegen auf den beiden Lagerschalen 21 der Wiegenlagerung 20 unmittelbar auf. Die Schwenkwiege 14 ist damit mittels einer Gleitlagerung 22 an der Wiegenlagerung 20 bzw. dem Gehäuse 4 um die Schwenkachse 15 verschwenkbar gelagert. In der Darstellung in 1 weist die Auflagefläche 18 gemäß der Schnittbildung in 1 einen Schwenkwinkel α von ungefähr +20° auf. Der Schwenkwinkel α ist zwischen einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 8 und einer von der ebenen Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 aufgespannten Ebene vorhanden gemäß der Schnittbildung in 1. Die Schwenkwiege 14 kann dabei zwischen einem Schwenkwinkel α zwischen +20° und –20° mittels zweier Schwenkeinrichtungen 24 verschwenkt werden. Eine fiktive Schnittebene 33 ist senkrecht zu der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege 14 ausgerichtet und parallel zu und in der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5, d. h. die Rotationsachse 8 liegt in der fiktiven Schnittebene 33. In 1 entspricht die Zeichenebene der fiktiven Schnittebene 33 und in 2 ist die fiktive Schnittebene 33 strichliert dargestellt und senkrecht zu der Zeichenebene von 2. Die fiktive Schnittebene 33 unterteilt die Schrägscheibenmaschine 1 in einen ersten fiktiven Teil 34 und einen zweiten fiktiven Teil 35. Der erste fiktive Teil 34 ist gemäß der Darstellung in 1 oberhalb der Zeichenebene und in 2 links von der fiktiven Schnittebene 33 und der zweite fiktive Teil 35 ist unterhalb der Zeichenebene von 1 und in 2 rechts von der fiktiven Schnittebene 33. Die beiden Schwenkeinrichtungen 24 sind dabei außermittig bzw. nicht an der fiktiven Schnittebene 33 bzw. fiktiven Mittelebene 34 angeordnet, sondern an dem zweiten fiktiven Teil 35. Dadurch sind in der Schnittbildung gemäß 1 die beiden Schwenkeinrichtungen 24 lediglich strichliert dargestellt, da sie tatsächlich in dem Schnitt gemäß 1 nicht geschnitten sind.
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Die erste und zweite Schwenkeinrichtung 25, 26 als Schwenkeinrichtungen 24 sind an dem zweiten fiktiven Teil 35 angeordnet und dabei weist eine Verbindungsstelle 32 als mittlere Verbindungsstelle 32 zwischen der Schwenkeinrichtung 24 und der Schwenkwiege 14 zu der fiktiven Schnittebene 33 einen Abstand 36 (2 und 5) auf. Der Abstand 36 ist dabei senkrecht zu der fiktiven Schnittebene 33 bzw. stellt den minimalen Abstand von der mittleren Verbindungsstelle 32 zu der fiktiven Schnittebene 33 dar. 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 als Verbindungsstelle 32 auf, in welcher eine Lagerkugel 19 als Verbindungsstelle 32 gelagert ist. Dabei ist die Lagerkugel 19 an einem Schwenkarm 16 (1 bis 3) 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. Abweichend hiervon kann in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel die Verbindungsstelle 32 an der Schwenkwiege 14 auch als eine Lagerpfanne 31 ausgebildet sein und die Verbindungsstelle 32 an dem Verstellkolben 29 als eine Lagerkugel 19. Durch Öffnen eines der beiden Ventile 27, 28 als erstes Ventil 27 an der ersten Schwenkeinrichtung 25 und dem zweiten Ventil 28 an der zweiten Schenkeinrichtung 26 gemäß der Darstellung in 1 kann die Schwenkwiege 14 um die Schwenkachse 15 verschwenkt werden, da dadurch auf den Verstellkolben 29 an dem geöffneten Ventil 27, 28 eine Kraft aufgebracht wird. Dabei führt nicht nur die Schwenkwiege 14, sondern auch die Rückhaltescheibe 37 aufgrund der Druckbeaufschlagung mit der Druckfeder 41 diese Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 mit aus.
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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. Die Hochdrucköffnung 12 ist dabei an dem ersten fiktiven Teil 34 und die Niederdrucköffnung 13 an dem zweiten fiktiven Teil 35 ausgebildet. Bei einem Schwenkwinkel α von 0° und bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine beispielsweise als Axialkolbenpumpe 2, wird trotz einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 keine Hydraulikflüssigkeit von der Axialkolbenpumpe 2 gefördert, da die Kolben 7 keine Hubbewegungen in den Kolbenbohrungen 6 ausführen.
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Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 sowohl als Axialkolbenpumpe 2 als auch als Axialkolbenmotor 3 weisen die temporär am ersten fiktiven Teil 34 in fluidleitender Verbindung mit der Hochdrucköffnung 12 stehenden Kolbenbohrungen 6 einen größeren Druck an Hydraulikflüssigkeit auf als die Kolbenbohrungen 6 an dem zweiten fiktiven Teil 35, welche temporär in fluidleitender Verbindung mit der Niederdrucköffnung 13 stehen. Die resultierende Kraft als Druckkraft, welche von sämtlichen Kolben 7 in Richtung der Rotationsachse 8 auf die Schwenkwiege 14 aufgebracht wird, ist somit als resultierende Kraft FZ außermittig, das heißt nicht an der fiktiven Schnittebene 33 angeordnet gemäß 2, sondern gemäß der Darstellung in 2 links von der fiktiven Schnittebene 33. Dadurch sind die beiden Lagerschalen 21 ungleichmäßig mit der resultierenden Druckkraft FZ beaufschlagt, das heißt die Lagerschale 21 an dem ersten fiktiven Teil 34 weist eine größere Druckbeaufschlagung aufgrund der resultierenden Kraft FZ auf, als die Lagerschale 21 an dem zweiten fiktiven Teil 35. Ferner bringen auch die beiden Schwenkeinrichtungen 24 eine resultierende Kraft als Druckkraft FS in Richtung der Rotationsachse 8 auf die Schwenkwiege 14 auf. Die beiden Verbindungsstellen 32 weisen dabei den Abstand 36 zu der fiktiven Schnittebene 33 auf und dadurch weist auch die resultierende Druckkraft FS der Schwenkeinrichtungen 24 den Abstand 36 zu der fiktiven Schnittebene 33 auf. Dabei ist der Abstand 36 der beiden Verbindungsstellen 32 dahingehend gewählt, dass die resultierende Kraft FL an den beiden Lagerschalen 21 im Wesentlichen gleich ist, sodass die beiden Lagerschalen 21 am ersten und zweiten fiktiven Teil 34, 35 jeweils mit der im Wesentlichen gleichen Druckkraft beaufschlagt sind. In 5 ist ein Biegebalkenmodell für die Schwenkwiege 14 dargestellt. Ein Biegebalken 43 ist an zwei Balkenlagerungen 44 gelagert, welche den beiden Lagerschalen 21 entsprechen. Auf den Biegebalken 44 wirkt die resultierende Druckkraft FZ sämtlicher Kolben 7 und die resultierende Druckkraft FS der beiden Schwenkeinrichtungen 24. Dabei ist die resultierende Kraft FL als Lagerkraft der beiden Balkenlagerungen 44 im Wesentlichen gleich groß. Die resultierende Kraft (nicht dargestellt) nur der von den Kolben 7 an der Hochdrucköffnung 12 auf die Schwenkwiege 14 aufgebrachten resultierenden Kraft liegt bei einer Projektion der resultierenden Kraft in Richtung der Rotationsachse 8 auf der Lagerschale 21 an dem fiktiven ersten Teil 34, wobei diese resultierende Kraft während des Betriebes eine Wanderbewegung ausführt, weil eine unterschiedliche Anzahl an Kolben 7 in fluidleitender Verbindung mit der Hochdrucköffnung 12 stehen.
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Die beiden Schwenkarme 16 sind als gesondertes Bauteil in Ergänzung zu der übrigen Schwenkwiege 14 ausgebildet. Die Lagerkugeln 19 an den Schwenkarmen 16 bzw. Schwenkstäben 16 sind an einem ersten Endbereich 61 der Schwenkarme 16 ausgebildet und an einem zweiten Endbereich 62 der Schwenkarme 16 sind die Schwenkarme 16 in einer als Bohrung 64 ausgebildeten Aussparung 63 an der übrigen Schwenkwiege 14 mit der übrigen Schwenkwiege 14 verbunden. Dabei handelt es sich bei der Verbindung zwischen dem zweiten Endbereich 62 des Schwenkarmes 16 und der Schwenkwiege 14 an der Aussparung 63 um eine Schraub-, Steck- oder Pressverbindung 65. Eine weitere fiktive, in 2 strichliert dargestellte Zusatzschnittebene 23 parallel zu der fiktiven Schnittebene 33 schneidet sowohl die beiden Lagerkugeln 19 als auch die beiden Lagerpfannen 31, d. h. die beiden Verbindungsstellen 32, und auch die Lagerschale 21 an dem Gehäuse 4 und den Lagerabschnitt 17 an der Schwenkwiege 14 in dem fiktiven zweiten Teil 35. Bei drucklosen Kolbenbohrungen 6 und bei einem Aufbringen einer Kraft auf die Schwenkwiege 14 an den Verbindungsstellen 32 mit den Schwenkeinrichtungen 24 bewirkt somit diese Kraft kein Kippmoment der Schwenkwiege 14, so dass auch in diesem Betriebszustand beide Lagerabschnitte 17 an der Schwenkwiege 14 ständig auf den Lagerschalen 21 an dem Gehäuse 4 aufliegen.
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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 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 beiden Schwenkeinrichtungen 24 sind außermittig an dem zweiten fiktiven Teil 35 der Schrägscheibenmaschine 1 ausgebildet, sodass dadurch die von den beiden Lagerschalen 21 aufzunehmenden Lagerkräfte im Wesentlichen gleichgroß sind. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein unnötig großer Verschleiß an der Lagerschale 21 an dem ersten fiktiven Teil 34 vermieden werden. Die Gleitlagerung 22 ist damit mit einer größeren Lebensdauer ausgestattet und die Kosten für die Herstellung der Schrägscheibenmaschine 1 können reduziert werden, weil die Gleitlagerung 22 nur auf geringere Druckkräfte zu bemessen ist. Die beiden Lagerabschnitte 17 an der Schwenkwiege 14 können bei der Herstellung besonders einfach spanabhebend, z. B. mit Drehen, Fräsen und/oder Schleifen, bearbeitet werden, weil die Schwenkwiege 14 zuerst als gesondertes Bauteil ohne den beiden Schwenkarmen 16 hergestellt wird und das Bearbeitungswerkzeug für die spanabhebende Bearbeitung der Lagerabschnitte 17 ohne räumliche Behinderung durch die Schwenkarme 16 bewegt werden kann. Erst nach der endgültigen Herstellung und Bearbeitung der Lagerabschnitte 17 werden die beiden Schwenkarme 16 mit der übrigen Schwenkwiege 14 verbunden. Damit können die Kosten bei der Herstellung wesentlich reduziert und die Qualität der spanabhebenden Bearbeitung der Lagerabschnitt 17 deutlich erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1013928 A2 [0003]
- CH 405934 [0004]
- DE 2733870 C2 [0005]
- DE 102012215240 A1 [0006]
