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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
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Stand der Technik
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Schrägscheibenmaschinen dienen als Axialkolbenpumpen zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und als Axialkolbenmotor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie. Eine Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen ist drehbar bzw. rotierend gelagert und in den Kolbenbohrungen sind Kolben angeordnet. Die Zylindertrommel ist fest mit einer Antriebswelle verbunden und auf einen ersten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck und auf einen zweiten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Niederdruck. Eine Schwenkwiege ist um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert und auf der Schwenkwiege liegen Gleitschuhe 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 Schwenkwiege wird von zwei hydraulischen Schwenkeinrichtungen, die je von einem Verstellkolben und einem Verstellzylinder gebildet sind, um eine Schwenkachse verschwenkt. Die Schwenkwiege ist mit einer Wiegenlagerung an dem Gehäuse gelagert. Aufgrund der konstruktiven Ausrichtung der Wiegenlagerung treten an dem Gehäuse große Biegemomente auf, da die Wiegenlagerung einen großen Abstand zu der Rotationsachse der Antriebwelle aufweist.
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Die
EP 1 013 928 A2 zeigt eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise mit einer angetriebenen umlaufenden und eine Mehrzahl von darin angeordneten Kolbenbohrungen aufweisenden Zylindertrommel, wobei in den jeweils durch Stege voneinander getrennten Kolbenbohrungen linear zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegliche Kolben angeordnet sind und eine Niederdruckanschlussniere und eine Hochdruckanschlussniere aufweisende Steuerscheibe vorgesehen ist.
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Die
CH 405 934 zeigt eine Schrägscheibenaxialkolbenpumpe, deren nicht umlaufender Zylinderblock zum Verändern der Fördermenge in Abhängigkeit vom Förderdruck längs verschiebbar ist, wobei an dem durch eine Feder in Richtung der Erhöhung der Fördermenge gedrückten Zylinderblock eine Steuerschiebereinheit mit einem Schieberkolben befestigt ist.
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Die
DE 27 33 870 C2 zeigt eine Steuereinrichtung für eine Schrägenscheibenaxialkolbenpumpe, bei der an beiden Seiten der Wiege zur Verschwenkung der Schrägscheibe je ein hydraulisch beaufschlagter Schwenkflügel am Motor angreift, wobei beide Motoren mittels eines um die Schwenkachse der Wiege verschwenkbar angeordneten plattenförmigen Steuerventilschiebers steuerbar sind und zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe dienen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe und/oder Axialkolbenmotor, umfassend eine um eine Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen, in den Kolbenbohrungen beweglich gelagerte Kolben, eine mit der Zylindertrommel zumindest drehfest verbundene Antriebswelle, welche um die Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagert ist, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege, ein Gehäuse, eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege, wobei das Gehäuse einen Befestigungsvorsprung, insbesondere einen Befestigungsring, aufweist und die Wiegenlagerung wenigstens teilweise an dem Befestigungsvorsprung befestigt ist und der Befestigungsvorsprung einteilig an dem Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses ausgebildet ist. Der Befestigungsring weist in einer Richtung senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle einen geringen Abstand zu der Antriebswelle auf, so dass dadurch die Gesamtresultierende der auf die Wiegenlagerung wirkende Druckkräfte als Lagerkräfte ebenfalls einen geringen Abstand zu der Antriebswelle sowie zu einer Rotationsachse der Antriebswelle aufweisen. Dadurch treten an dem Gehäuse im Bereich der Wiegenlagerung geringe Biegemomente und damit auch kleine Verformungen auf. Das Gehäuse kann somit entsprechend klein, leicht und damit preiswert in der Herstellung dimensioniert werden. Aufgrund der einteiligen Ausbildung des Befestigungsvorsprunges mit dem übrigen Gehäuse bzw. Teil des Gehäuses ist auch kein gesonderter Lagerbock erforderlich zur Ausbildung des Befestigungsvorsprunges. Der Befestigungsvorsprung weist dabei einen kleineren Abstand zu der Rotationsachse auf als eine Lagerungs-Befestigungsfläche ebenfalls an dem Gehäuse. Der größere Abstand zwischen der Antriebswelle und der Lagerung-Befestigungsfläche ist erforderlich, um hier die Lagerung, insbesondere die erste Lagerung, für die Antriebswelle anordnen zu können.
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Insbesondere ist der minimale Abstand des Befestigungsvorsprunges, insbesondere des Befestigungsringes, senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle um einen Betrag kleiner als der minimale Abstand einer Lagerung-Befestigungsfläche des Gehäuses senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle an der Lagerung, insbesondere der ersten Lagerung, für die Antriebswelle im Bereich der Wiegenlagerung, wobei die Lagerung-Befestigungsfläche vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet. Vorzugsweise ist dabei dieser Betrag nur geringfügig kleiner als die radiale Ausdehnung der Lagerung, insbesondere der ersten Lagerung.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Wiegenlagerung unmittelbar an dem Gehäuse befestigt und/oder die Wiegenlagerung umfasst wenigstens eine Wiegenlagerschale und/oder wenigstens eine Wiegenlagerschicht. Die Wiegenlagerschicht besteht beispielsweise aus einem Material, um die Reibung zwischen den Lagerabschnitten an der Schwenkwiege als den beweglichen Teilen und der feststehenden Wiegenlagerung, nämlich der Wiegenlagerschicht, zu reduzieren, beispielsweise besteht die Wiegenlagerschicht aus Messing oder aus PEEK oder aus PTFE und der Lagerabschnitt aus Stahl.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist zwischen dem Gehäuse und der Wiegenlagerung kein Lagerbock, insbesondere aus Metall, z. B. Stahl oder Aluminium, als gesondertes Bauteil in Ergänzung zu dem Gehäuse angeordnet.
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Vorzugsweise ist die Lagerung, insbesondere erste Lagerung, für die Antriebswelle im Bereich der Wiegenlagerung an dem Gehäuse befestigt und der minimale Abstand der Wiegenlagerung senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle ist um einen Betrag kleiner als der minimale Abstand einer Lagerung-Befestigungsfläche des Gehäuses an der Lagerung, insbesondere der ersten Lagerung, für die Antriebswelle im Bereich der Wiegenlagerung, wobei die Lagerung-Befestigungsfläche vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist.
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In einer Variante beträgt der Betrag wenigstens 10%, 20%, 30%, 40%, 60% oder 80% der Hälfte des Durchmessers einer Öffnung an der Lagerung-Befestigungsfläche.
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Zweckmäßig ist von fiktiven Geraden parallel zu der Rotationsachse der Schwenkwiege sowohl die Lagerung, insbesondere die erste Lagerung, für die Antriebswelle im Bereich der Wiegenlagerung und die Wiegenlagerung geschnitten.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Lagerung, insbesondere die erste Lagerung, für die Antriebswelle im Bereich der Wiegenlagerung einen kleineren Abstand in Richtung der Rotationsachse der Antriebswelle zu der Wiegenlagerung auf als eine weitere Lagerung, insbesondere zweite Lagerung, für die Antriebswelle.
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Insbesondere umfasst das Gehäuse einen Flansch als einen Teil des Gehäuses und an dem Flansch ist die Wiegenlagerung und die Lagerung, insbesondere die erste Lagerung, für die Antriebswelle im Bereich der Wiegenlagerung befestigt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist an der Wiegenlagerschale und/oder an dem Gehäuse im Bereich der Wiegenlagerung, insbesondere dem Befestigungsvorsprung und/oder dem Flansch, eine Aussparung ausgebildet und die Wiegenlagerung weist einen ersten Abschnitt mit einem kleineren Abstand zu der Rotationsachse der Antriebswelle auf und weist einen zweiten Abschnitt mit einem größeren Abstand zu der Rotationsachse der Schwenkwiege auf, so dass die Wiegenlagerung für Druckkräfte parallel zu der Rotationsachse und auf die Wiegenlagerung gerichtet an dem ersten Abschnitt aufgrund der Aussparung eine kleinere Steifigkeit und/oder als Federmodell eine kleinere Federkonstante aufweist als an dem zweiten Abschnitt. Die Schwenkwiege weist an dem ersten Abschnitt eine größere Biegung auf als an dem zweiten Abschnitt. Aufgrund der kleineren Steifigkeit bzw. der kleineren Federkonstante der Wiegenlagerung an dem ersten Abschnitt sind die Druckkraft bzw. ist die Flächenpressung an der gesamten Wiegenlagerung insgesamt im Wesentlichen konstant. In vorteilhafter Weise ist dadurch insbesondere keine hydrostatische Entlastung der Wiegenlagerung erforderlich. Insbesondere weist der erste Abschnitt der Wiegenlagerung einen ersten, insbesondere konstanten, Abstandsbereich zu einer fiktiven Ebene auf, wobei die fiktive Ebene in der und parallel zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet ist und senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege ausgerichtet ist, und der zweite Abschnitt der Wiegenlagerung einen zweiten, insbesondere konstanten, Abstandsbereich zu dieser fiktiven Ebene aufweist und der erste Abstandsbereich kleiner ist als der zweite Abstandsbereich.
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Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Schrägscheibenmaschine, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Schrägscheibenmaschine, mit den Schritten; zur Verfügung stellen einer Zylindertrommel, einer Antriebswelle, einer Schwenkwiege, einer Wiegenlagerung, von Kolben, zur Verfügung stellen eines Gehäuses, Montieren der Zylindertrommel, der Antriebswelle, der Schwenkwiege, der Wiegenlagerung, des Gehäuses und der Kolben zu der Schrägscheibenmaschine, wobei das Gehäuse im Bereich der Wiegenlagerung und einer Lagerung, insbesondere einer ersten Lagerung, für die Antriebswelle dahingehend hergestellt und/oder spanabhebend bearbeitet wird, dass an dem Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses ein Befestigungsvorsprung, insbesondere ein Befestigungsring, für die Wiegenlagerung ausgebildet wird und an dem Befestigungsvorsprung die Wiegenlagerung wenigstens teilweise befestigt wird und vorzugsweise der Befestigungsring einteilig mit dem Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses hergestellt wird.
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In einer ergänzenden Variante wird der Befestigungsvorsprung dahingehend hergestellt und/oder spanabhebend bearbeitet, dass der minimale Abstand des Befestigungsvorsprunges senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle um einen Betrag kleiner ist als der minimale Abstand einer Lagerung-Befestigungsfläche des Gehäuses senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle an der Lagerung, insbesondere der ersten Lagerung, für die Antriebswelle im Bereich der Wiegenlagerung, wobei die Lagerung-Befestigungsfläche im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist.
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In einer weiteren Variante wird bei der spanabhebenden Bearbeitung des Gehäuses oder eines Teils, insbesondere eines Flansches, des Gehäuses ein Bearbeitungswerkzeug in einer ersten Richtung zu einer Wiegenlagerung-Befestigungsfläche für die Wiegenlagerung bewegt und die Wiegenlagerung-Befestigungsfläche wird spanabhebend bearbeitet und das Bearbeitungswerkzeug wird in einer zweiten Richtung zu einer Lagerung-Befestigungsfläche für die Lagerung, insbesondere der ersten Lagerung, der Antriebswelle im Bereich der Wiegenlagerung bewegt und die Lagerung-Befestigungsfläche wird spanabhebend bearbeitet und die erste und zweite Richtung sind entgegensetzt zueinander ausgerichtet und die erste und zweite Richtung ist parallel zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet. Eine Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges in der ersten und/oder zweiten Richtung ist dabei eine Bewegung mit einer Bewegungskomponente des Bearbeitungswerkzeuges in der ersten und/oder zweiten Richtung. Aufgrund des, insbesondere beim Urformen, bereits hergestellten Befestigungsvorsprunges ist es somit möglich, die Wiegenlagerung-Befestigungsfläche mit dem Bearbeitungswerkzeug von der ersten Richtung aus zu bearbeiten und die Lagerung-Befestigungsfläche von der zweiten Richtung aus zu bearbeiten.
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Dadurch kann in einfacher Weise der Befestigungsvorsprung an dem Teil des Gehäuses einteilig beim Urformen ausgebildet werden und anschließend einfach spanabhebend bearbeitet werden. Es ist somit nicht erforderlich, dass das Bearbeitungswerkzeug beispielsweise von der ersten Richtung durch die Öffnung an den Befestigungsvorsprung durchgeführt und nach dem Durchführen eine spanabhebende Bearbeitung der Lagerung-Befestigungsfläche ausgeführt wird. Dies gilt in umgekehrter Weise auch für die Wiegenlagerung-Befestigungsfläche.
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In einer Variante ist die Schwenkachse der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle und der Zylindertrommel ausgerichtet.
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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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Zweckmäßig umfasst die Schrägscheibenmaschine wenigstens eine Lagerung für die Antriebswelle.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege.
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In einer zusätzlichen Variante umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Niederdrucköffnung zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Hochdrucköffnung zum Aus- und/oder Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und/oder in die rotierenden Kolbenbohrungen.
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In einer weiteren Variante werden die wenigstens einer Lagerung für die Antriebswelle und die wenigstens einer Schwenkeinrichtung für die Schwenkwiege zur Verfügung gestellt und die wenigstens einer Lagerung für die Antriebswelle und die wenigstens einer Schwenkeinrichtung für die Schwenkwiege zusammen mit weiteren Komponenten, z. B. der Zylindertrommel, der Antriebswelle und der Schwenkwiege, der Schrägscheibenmaschine zu der Schrägscheibenmaschine montiert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer Schrägscheibenmaschine in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege,
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3 einen Teil des Längsschnittes gemäß 1 im Bereich der Wiegenlagerung der Schrägscheibenmaschine sowie einen Schnitt B-B gemäß 5,
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4 einen Längsschnitt C-C gemäß 5 der Schrägscheibenmaschine im Bereich der Wiegenlagerung,
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5 eine Ansicht eines Teils des Gehäuses als Flansch mit der Wiegenlagerung der Schrägscheibenmaschine in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1,
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6 eine Ansicht des Teils des Gehäuses als Flansch mit der Wiegenlagerung der Schrägscheibenmaschine in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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7 einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine in 1 in einem Längsschnitt dargestellte Schrägscheibenmaschine 1 dient als Axialkolbenpumpe 2 zur Umsetzung bzw. Umwandlung mechanischer Energie (Drehmoment, Drehzahl) in hydraulische Energie (Volumenstrom, Druck) oder als Axialkolbenmotor 3 zur Umsetzung bzw. Umwandlung hydraulischer Energie (Volumenstrom, Druck) in mechanische Energie (Drehmoment, Drehzahl). Eine Antriebswelle 9 ist mittels einer Lagerung 10 als erste Lagerung 69 an einem Flansch 21 eines- oder mehrteiligen Gehäuse 4 und mit einer weiteren Lagerung 10 als zweite Lagerung 70 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.
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Die Schwenkwiege 14 weist eine ebene bzw. plane Auflagefläche 18 zur mittelbaren Auflage einer Rückhaltescheibe 37 auf. Die Rückhaltescheibe 37 ist mit einer Vielzahl von Gleitschuhen 39 verbunden, indem die Gleitschuhe 39 in Bohrungen der Rückhaltscheibe 37 angeordnet sind und die Gleitschuhe 39 sind in den Bohrungen der Rückhaltescheibe 37 parallel zu der Auflagefläche 18 beweglich. Die Gleitschuhe 39 liegen auf der Auflagefläche 18 auf. Jeder Gleitschuh 39 ist 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. 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 Gleitschuhe 39 in ständigem unmittelbarem Kontakt zu der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 stehen, wird die Rückhaltescheibe 37 von einer Druckfeder 41 unter einer Druckkraft in Richtung zu der 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) zur Durchführung der Antriebswelle 9 auf. Am Gehäuse 4 ist eine Wiegenlagerung 20 ausgebildet. Dabei sind an der Schwenkwiege 14 zwei teilzylinderförmige, teilschalenförmige Lagerabschnitte 80 ausgebildet. Die beiden Lagerabschnitte 80 der Schwenkwiege 14 liegen auf der komplementär dazu ausgebildeten teilzylinderförmigen und teilschalenförmigen Wiegenlagerung 20 auf. Die Schwenkwiege 14 ist damit mittels einer Gleitlagerung an der Wiegenlagerung 20 um die Schwenkachse 15 verschwenkbar gelagert. Die Schwenkachse 15 entspricht der zentrischen Längsachse eines fiktiven Zylinders an den Lagerabschnitten 80 und der Wiegenlagerung 20. In der Darstellung in 1 weist die Auflagefläche 18 gemäß der Schnittbildung in 1 einen Schwenkwinkel α von ungefähr +20° auf. Der Schwenkwinkel α ist zwischen einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 8 und einer von der ebenen Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 aufgespannten fiktiven Ebene vorhanden gemäß der Schnittbildung in 1. Die Schwenkwiege 14 kann dabei zwischen zwei Schwenkgrenzwinkel α zwischen +20° und –20° mittels zweier Schwenkeinrichtungen 24 verschwenkt werden.
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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 Druckbeaufschlagung mit der Druckfeder 41 diese Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 mit aus.
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Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2 ist bei konstanter Drehzahl der Antriebswelle 9 der von der Schrägscheibenmaschine 1 geförderte Volumenstrom umso größer, je größer der Betrag des Schwenkwinkels α ist und umgekehrt. Hierzu liegt an dem in 1 rechts dargestellten Ende der Zylindertrommel 5 eine Ventilscheibe 11 auf, mit einer nierenförmigen Hochdrucköffnung 12 und einer nierenförmigen Niederdrucköffnung 13. Die Kolbenbohrungen 6 der rotierenden Zylindertrommel 5 werden somit fluidleitend bei einer Anordnung an der Hochdrucköffnung 12 mit der Hochdrucköffnung 12 verbunden und bei einer Anordnung an der Niederdrucköffnung 13 mit der Niederdrucköffnung 13 fluidleitend verbunden. Bei einem Schwenkwinkel α von 0° und bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine beispielsweise als Axialkolbenpumpe 2 wird trotz einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 keine Hydraulikflüssigkeit von der Axialkolbenpumpe 2 gefördert, da die Kolben 7 keine Hubbewegungen in den Kolbenbohrungen 6 ausführen. Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 sowohl als Axialkolbenpumpe 2 als auch als Axialkolbenmotor 3 weisen die temporär in fluidleitender Verbindung mit der Hochdrucköffnung 12 stehenden Kolbenbohrungen 6 einen größeren Druck an Hydraulikflüssigkeit auf als die Kolbenbohrungen 6, welche temporär in fluidleitender Verbindung mit der Niederdrucköffnung 13 stehen. Ein axiales Ende 66 der der Zylindertrommel 5 liegt auf der Ventilscheibe 11 auf. An einer ersten Seite 64 des Gehäuses 4 bzw. dem Flansch 21 des Gehäuses 4 ist eine Öffnung 63 mit der Lagerung 10 als der ersten Lagerung 69 ausgebildet und eine zweite Seite 65 weist eine Aussparung zur Lagerung der Antriebswelle 9 mit einer weiteren Lagerung 10 als zweite Lagerung 70 auf.
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Die Öffnung 63 an dem Flansch 21 als einen Teil 33 des Gehäuses 4 ist erforderlich, um die Antriebswelle 9 durch das Gehäuse 4 durchführen zu können nach außerhalb des Gehäuses 4. Die Öffnung 63 weist in Richtung der Rotationsachse 8 zwei axiale Abschnitte auf, nämlich einen axialen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser 78 und einen axialen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser 79. An dem ersten axialen Abschnitt mit dem größeren Durchmesser 78 ist, wobei die Öffnung 63 in dem ersten und zweiten axialen Abschnitt in einen Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse 8 kreisförmig ist, eine Gleitringdichtung 76 und die erste Lagerung 69 als Wälzlagerung angeordnet. An dem zweiten axialen Abschnitt der Öffnung 63 weist diese den kleineren Durchmesser 79 auf. Dies ist konstruktiv dadurch bedingt, dass an dem Flansch 21 ein Befestigungsring 23 als Befestigungsvorsprung 17 einteilig mit dem übrigen Flansch 21 als Teil 33 des Gehäuses 4 bereits beim Urformen aus Stahl des Flansches 21 mithergestellt worden ist. Die Öffnung 63 an dem ersten axialen Abschnitt ist in 5 als ein strichlierter Kreis dargestellt und die Öffnung 63 an dem zweiten axialen Abschnitt ist in 5 als ein Kreis mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. In 5 ist die Antriebswelle 9 nicht dargestellt. An dem ersten axialen Abschnitt der Öffnung 63 wird dieser senkrecht zu der Rotationsachse 8 von einer Lagerung-Befestigungsfläche 34 begrenzt. Auf der Lagerung-Befestigungsfläche 34 liegt die erste Lagerung 69 an der radialen Außenseite auf, sowie auch die Gleitringdichtung 76. Die Lagerung-Befestigungsfläche 34 ist dabei konzentrisch und koaxial zu der Rotationsachse 8 ausgerichtet und parallel zu der Rotationsachse 8. An dem Flansch 21 ist außerdem eine Wiegenlagerung-Befestigungsfläche 35 ausgebildet. An der Wiegenlagerung-Befestigungsfläche 35 ist eine Wiegenlagerschale 61 und eine Wiegenlagerschicht 62 befestigt. Die Wiegenlagerung-Befestigungsfläche 35 ist wie die Wiegenlageschale 61 und die Wiegenlagerschicht 62 geometrisch teilzylinderförmig ausgebildet. Dabei sind an dem Flansch 21 zwei getrennte teilzylinderförmige Wiegenlagerung-Befestigungsflächen 35 mit je einer Wiegenlagerschale 61 und Wiegenlagerschicht 62 vorhanden gemäß der Darstellung in 5 in der Draufsicht auf den Flansch 21. An der Schwenkwiege 14 sind zwei komplementär dazu ausgebildete teilzylinderförmige Lagerabschnitte 80 ausgebildet. Die beiden Lagerabschnitte 80 sind dabei an der Schwenkwiege 14 an einer zu der Auflagefläche 18 gegenüberliegenden Seite ausgebildet und die beiden Lagerabschnitte 80 liegen auf den beiden Teilen der Wiegenlagerung 20 auf. Dabei entspricht eine zentrische Längsachse eines fiktiven Zylinders an dem Lagerschnitt 80 der Schwenkwiege 14 einer zentrischen Längsachse eines fiktiven Zylinders an den beiden Wiegenlagerschichten 62, so dass dadurch die Schwenkwiege 14 um die Schwenkachse 15 mittels einer Gleitlagerung verschwenkbar gelagert ist. Die Schwenkachse 15 entspricht dabei der zentrischen Längsachse des fiktiven Zylinders an dem Lagerabschnitt 80 und an den beiden Wiegenlagerschichten 62.
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Der minimale Abstand 36 des Befestigungsvorsprunges 17 als Befestigungsring 23 zu der Rotationsachse 8 und der minimale Abstand der Wiegenlagerung 20 zu der Rotationsachse 8 ist kleiner als der minimale Abstand 43 der Lagerung-Befestigungsfläche 34 zu der Rotationsachse 8, so dass dadurch der Abstand 36 und 38 um einen Betrag 77 kleiner als der Abstand 43. Der Abstand des radiale Endes des Befestigungsringes 23 und der Wiegenlagerung 20 zu einer Außenseite der Antriebswelle 9 ist sehr gering, z. B. zwischen 2 mm und 4 mm. Dies ist möglich, da hier keine Lagerung 10 zwischen dem Flansch 21 und der Antriebswelle 9 angeordnet ist. Anders jedoch an der Lagerung-Befestigungsfläche 34, hier ist zwischen dem Flansch 21 und der Antriebswelle 9 die ringförmige erste Lagerung 69 und die ringförmige Gleitringdichtung 76 angeordnet.
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Die auf die Wiegenlagerung 20 wirkende Gesamtdruckkraft (Summe der Einzelkräfte, welche von den Gleitschuhen 39 auf die Auflagefläche 18 aufgebracht wird) als Lagerkraft weist somit einen geringen Abstand zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 auf, so dass dadurch in vorteilhafter Weise an dem Flansch 21 des Gehäuses 4 geringe Biegemomente auftreten. An dem Befestigungsring 23 ist ferner wenigstens eine Aussparung 68 ausgebildet. Die Wiegenlagerung 20 weist einen ersten Abschnitt 71 mit einem geringeren Abstand zu der Rotationsachse auf und zwei zweite Abschnitt 71 mit einem größeren Abstand zu der Rotationsachse 8 (4 und 5). Aufgrund der wenigstens einen Aussparung 68 weist der erste Abschnitt 71 der Wiegenlagerung 20 an dem ersten Abschnitt 71 eine kleinere Steifigkeit auf als an dem zweiten Abschnitt 72. Bei einem Federmodell für den ersten und zweiten Abschnitt 71, 72 weist somit der erste Abschnitt 71 eine kleinere Federkonstante auf als der zweite Abschnitt 72 bei Anwendung des Hookeschen Federgesetzes. Die Gesamtdruckkraft auf die Wiegenlagerung 20 tritt an dem ersten Abschnitt 71 auf mit der kleineren Steifigkeit. Dadurch treten zwischen den beiden Lagerabschnitten 80 an der Schwenkwiege 14 und der Wiegenlagerung 20 im Wesentlichen gleiche Druckkräfte bzw. Flächenpressungen auf. Die Schwenkwiege 14 weist als Biegebalken an dem ersten Abschnitt 71 eine größere Biegung auf als dem zweiten Abschnitt 72. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Reibung zwischen den beweglichen Lagerabschnitten 80 an der Schwenkwiege 14 und der feststehenden Wiegenlagerung 20 reduziert und auf eine hydrostatische Entlastung der Wiegenlagerung 20 verzichtet werden. Dadurch treten in vorteilhafter Weise an der Schrägscheibenmaschine 1 keine hydraulischen Verluste aufgrund einer hydrostatischen Entlastung der Wiegenlagerung 20 auf.
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In 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Schrägscheibenmaschine 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 5 beschrieben. Die Öffnung 63 des Flansches 21 zur Durchführung der Antriebswelle 9 ist an dem zweiten axialen Abschnitt mit dem Befestigungsvorsprung 17 nicht in einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse 8 kreisförmig ausgebildet, sondern weist eine Geometrie mit einem unterschiedlichen Durchmesser senkrecht zu der Rotationsachse 8 auf. Die Öffnung 63 an dem ersten axialen Abschnitt mit der ersten Lagerung 69 ist dabei an dem zweiten axialen Abschnitt mit der Wiegenlagerung 20 um den Befestigungsvorsprung 17 verkleinert gemäß der Darstellung in 6. Die Öffnung 63 an dem ersten axialen Abschnitt ist in 6 mit je zwei strichlierten und durchgezogenen Kreisteillinien dargestellt und die Öffnung 63 an dem zweiten axialen Abschnitt ist in 6 mit zwei durchgezogenen Kreisteillinien und zwei Geraden dargestellt. Die Antriebswelle 9 ist in 6 nicht dargestellt.
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Bei der Herstellung des Flansches 21 der Schrägscheibenmaschine 1 wird der Flansch 21 zunächst durch Urformen aus Stahl hergestellt. Nach dem Urformen des Flansches 21 wird mit einem Bearbeitungswerkzeug 73 spanabhebend die Öffnung 63 an dem Befestigungsring 23 zur Durchführung der Antriebswelle 9 hergestellt und anschließend spanabhebend in einer ersten Richtung 74 die Wiegenlagerung-Befestigungsfläche 35 an dem Flansch 21. Sofern die Öffnung 63 an dem Befestigungsring 23 bereits beim Urformen hergestellt wird, ist es lediglich erforderlich, die Öffnung 63 an dem radialen Ende des Befestigungsringes 23 spanabhebend zu bearbeiten. Von der zweiten Richtung 75 aus wird mit dem Bearbeitungswerkzeug 73 die Lagerung-Befestigungsfläche 34 bearbeitet. Der Befestigungsring 23 kann dadurch in einfacher Weise einteilig mit dem übrigen Flansch 21 als Teil des Gehäuses 33 hergestellt werden.
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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.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 wesentliche Vorteile verbunden. Der Befestigungsring 23 und damit auch die an dem Befestigungsring 23 befestigte Wiegenlagerung 20 weist einen geringen Abstand zu der Rotationsachse 8 auf. Die auf die Wiegenlagerung 20 wirkende Gesamtdruckkraft weist dadurch ebenfalls einen geringen Abstand zu der Rotationsachse 8 auf, so dass dadurch in vorteilhafter Weise an dem Flansch 21 geringe Biegemomente und dadurch auch kleine Verformungen bzw. Biegungen auftreten. Der Flansch 21 kann dadurch kleiner dimensioniert werden. Zwischen den Lagerabschnitten 80 an der Schwenkwiege 14 und der Wiegenlagerung 20 tritt eine im Wesentlichen konstante Druckkraft bzw. Flächenpressung auf, da der erste Abschnitt 71 der Wiegenlagerung 20 aufgrund wenigstens einer Aussparung 68 eine kleinere Steifigkeit aufweist als der zweite Abschnitt 72 der Wiegenlagerung 20.
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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]
