DE102013215597A1

DE102013215597A1 - Schrägscheibenmaschine

Info

Publication number: DE102013215597A1
Application number: DE201310215597
Authority: DE
Inventors: Dietmar Uhlmann; Frank Scholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2015-02-12

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), wobei die Schrägscheibenmaschine (1) eine Schwenkscheibe (33) umfasst, welche mit den Kolben (7) dahingehend verbunden ist, dass die Schwenkscheibe (33) die Rotationsbewegung der Zylindertrommel (5) mit ausführt und Kräfte in Richtung einer Längsachse der Kolben (7) von den Kolben (7) auf die Schwenkscheibe (33) übertragbar sind und die rotierende Schwenkscheibe (33) an der Schwenkwiege (14) gelagert ist, so dass die von den Kolben (7) auf die Schwenkwiege (14) übertragenen Kräfte mittelbar von der Schwenkscheibe (33) auf die Schwenkwiege (14) übertragbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Stand der Technik
Schrägscheibenmaschinen dienen als Axialkolbenpumpen zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und als Axialkolbenmotor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie. Eine Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen ist drehbar bzw. rotierend gelagert und in den Kolbenbohrungen sind Kolben angeordnet. Die Zylindertrommel ist fest mit einer Antriebswelle verbunden und auf einen ersten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck und auf einen zweiten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Niederdruck. Eine von einer Wiegenlagerung gelagerte Schwenkwiege ist um eine Schwenkachse von zwei hydraulischen Schwenkeinrichtungen, die je von einem Verstellkolben und einem Verstellzylinder gebildet sind, um eine Schwenkachse verschwenkbar und auf der Schwenkwiege liegen Gleitschuhe auf. Die Gleitschuhe sind mit einer Rückhaltescheibe verbunden. An den Gleitschuhen sind die Kolben mit einer Lagerkugel und einer Lagerkalotte befestigt. Die Lagerkugel und die Lagerkalotte bilden ein Kugelgelenk, welches hydrostatisch entlastet ist. 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 liegen unmittelbar auf der Schwenkwiege auf und sind mit einer hydrostatisch entlasteten Gleitlagerung auf der Schwenkwiege gelagert. Aufgrund der hydrostatisch entlasteten Gleitlagerung der Gleitschuhe auf der Schwenkwiege treten große Verluste an hydraulischer Energie auf, so dass die Schrägscheibenmaschine eine geringeren Wirkungsgrad in nachteiliger Weis 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, wobei die Schrägscheibenmaschine eine Schwenkscheibe umfasst, welche mit den Kolben dahingehend verbunden ist, dass die Schwenkscheibe die Rotationsbewegung der Zylindertrommel mit ausführt und Kräfte in Richtung einer Längsachse der Kolben von den Kolben auf die Schwenkscheibe übertragbar sind und die rotierende Schwenkscheibe an der Schwenkwiege gelagert ist, so dass die von den Kolben auf die Schwenkwiege übertragenen Kräfte mittelbar von der Schwenkscheibe auf die Schwenkwiege übertragbar sind. Die von den Kolben auf die Schwenkwiege zu übertragenden Kräfte werden mittelbar von der Schwenkscheibe auf die Schwenkwiege übertragen. Dadurch ist es nicht erforderlich, Gleitschuhe mit einer hydrostatischen Entlastung auf einer Auflagefläche der Schwenkwiege zu lagern. In vorteilhafter Weise wird dadurch keine hydrostatische Entlastung für die mittelbare Lagerung der Kolben auf der Schwenkwiege benötigt, so dass keine hieraus resultierenden hydraulischen Energieverluste auftreten.
Insbesondere sind die von den Kolben auf die Schwenkwiege zu übertragenden Kräfte, insbesondere Druckkräfte in Richtung zu der Schwenkwiege, ausschließlich mittelbar von der rotierenden Schwenkscheibe auf die Schwenkwiege übertragbar. Die von den Kolben auf die Schwenkwiege zu übertragenden Kräfte werden ausschließlich von der Schwenkscheibe auf die Schwenkwiege übertragen, so dass dadurch sämtliche zu übertragenden Kräfte von der Schwenkscheibe übertragen werden. Dadurch sind keine zusätzlichen Lagerungen erforderlich zur mittelbaren Lagerung der Kolben auf der Schwenkwiege.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Kolben mit je einem Verbindungselement mittelbar mit der Schwenkscheibe verbunden und/oder die von den Kolben auf die Schwenkscheibe zu übertragenden Kräfte, insbesondere ausschließlich, mit Verbindungselementen von den Kolben sind auf die Schwenkscheibe übertragbar und/oder jedem Kolben ist je ein Verbindungselement zugeordnet. Mit den Verbindungselementen sind die Kolben, insbesondere ausschließlich, mittelbar mit der Schwenkscheibe verbunden. Die Verbindungselemente sind sowohl an den Kolben als auch an der Schwenkscheibe befestigt.
In einer ergänzenden Ausführungsform weist die Schwenkscheibe radiale Aussparungen, insbesondere Schlitze, auf und in den radialen Aussparungen ist je ein Verbindungselement in radialer Richtung beweglich gelagert und/oder die Verbindungselemente sind radial beweglich an der Schwenkscheibe gelagert. Aufgrund der Verbindung der Verbindungselemente mit dem Kolben ist eine radiale Beweglichkeit der Verbindungselemente bezüglich der Schwenkscheibe erforderlich. Bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege, welcher nicht 0° entspricht, führen die Verbindungselemente bezüglich der Schwenkscheibe eine radiale Bewegung aus.
Vorzugsweise sind die Verbindungselemente mit je einer formschlüssigen Verbindung mit der Schwenkscheibe in axialer Richtung verbunden, so dass mit den formschlüssigen Verbindungen von den Verbindungselementen Kräfte mit einer Komponente in axialer Richtung, insbesondere Druckkräfte mit einer axialen Komponente in Richtung zu der Schwenkwiege, auf die Schwenkscheibe übertragbar sind. Die formschlüssige Verbindung ist somit dahingehend ausgebildet, dass die von den Kolben in Richtung einer Längsachse der Kolben wirkenden Druckkräfte von den Verbindungselementen auf die Schwenkscheibe und damit auch auf die Schwenkwiege übertragen werden können und gleichzeitig die Verbindungselemente in radialer Richtung beweglich zu der Schwenkscheibe gelagert sind. Darüber hinaus sind von der formschlüssigen Verbindung auch Kräfte übertragbar in Richtung der Längsachse der Kolben, welche Zugkräfte sind. Dies ist in bestimmten Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine, beispielsweise bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe bei den Kolben erforderlich, welche in fluidleitender Verbindung mit der Niederdrucköffnung sind.
In einer Variante sind die formschlüssigen Verbindungen als eine Nut-Feder-Verbindung ausgebildet, insbesondere mit einer Nut-Feder-Verbindung an den radialen Aussparungen der Schwenkscheibe. Eine Nut-Feder-Verbindung ist in der Herstellung besonders einfach und preiswert und erlaubt es außerdem trotzdem die großen auftretenden Druckkräfte von den Kolben auf die Schwenkscheibe in einfacher Weise zu übertragen sowie gleichzeitig die Bewegbarkeit in radialer Richtung der Verbindungselemente an der Schwenkscheibe zu gewährleisten.
Zweckmäßig sind an den Verbindungselementen die Nuten und von den radialen Aussparungen der Schwenkscheibe je eine Feder bzw. je ein Vorsprung ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform sind das Verbindungselemente mittels eines Gelenkes als Kolbenverbindungsstelle mit den Kolben verbunden und insbesondere umfassen die Verbindungselement Lagerkalotten in welcher je eine Lagerkugel an den Kolben gelagert ist oder umgekehrt, so dass je ein Kugelgelenk zwischen den Verbindungselementen und den Kolben ausgebildet ist.
Insbesondere umfassen die Verbindungselemente je einen Verbindungsstutzen und an dem Verbindungsstutzen ist die Nut oder Feder für die formschlüssige Verbindung ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schwenkscheibe mit einer Lagerung, insbesondere einer Wälzlagerung, z. B. einer Nadellagerung, an der Schwenkwiege gelagert. Die Lagerung, insbesondere die Wälzlagerung, der Schwenkscheibe benötigt dadurch einerseits keine hydrostatische Entlastung und andererseits treten an dieser Lagerung geringe Reibleistungen und dadurch geringe Reibverluste auf. Die Lagerung der Schwenkscheibe an der Schwenkwiege ist dabei dahingehend ausgebildet, dass sowohl Druckkräfte von der Schwenkscheibe in Richtung zu der Schwenkwiege übertragbar sind als auch Zugkräfte zwischen der Schwenkwiege und der Schwenkscheibe. Dadurch ist in sämtlichen Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine eine ordnungsgemäße Funktion gewährleistet, da den Kolben auch Zugkräfte mit den Verbindungselementen zugeführt werden können.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Schwenkscheibe an der Schwenkwiege dahingehend gelagert, dass die Schwenkscheibe eine Schwenkbewegung der Schwenkwiege um die Schwenkachse mit ausführt.
In einer weiteren Variante ist die Schwenkscheibe um eine Scheiben-Rotationsachse rotierend gelagert und die Scheiben-Rotationsachse ist bezüglich der Schwenkwiege fest und/oder die Scheiben-Rotationsachse führt eine Schwenkbewegung der Schwenkwiege um die Schwenkachse mit aus.
In einer zusätzlichen Ausführungsform weist die Lagerkalotte eine Umbördelung auf, so dass die Lagerkugel mit der Lagerkalotte in sämtlichen Richtungen verbunden ist. Aufgrund der Umbördelung der Lagerkalotte können auch Zugkräfte zwischen den Verbindungselementen und den Kolben übertragen werden, welches in bestimmten Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine erforderlich ist, beispielsweise bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenmotor bezüglich der in fluidleitender Verbindung mit der Niederdrucköffnung stehenden Kolben.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine axiale Richtung der Schwenkscheibe parallel zu der Scheiben-Rotationsachse der Schwenkscheibe ausgerichtet.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine radiale Richtung der Schwenkscheibe senkrecht zu der Scheiben-Rotationsachse der Schwenkscheibe ausgerichtet.
In einer zusätzlichen Ausführungsform umfassen die Verbindungselement je einen Bolzen welche in einer zylinderförmigen Aussparung an den Kolben gelagert sind, so dass je ein Bolzengelenk zwischen den Verbindungselementen und den Kolben ausgebildet ist.
In einer ergänzenden Variante sind die Verbindungselemente dahingehend mit der Schwenkscheibe verbunden, so dass die Verbindungselemente in unterschiedlichen Winkeln zu einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Scheiben-Rotationsachse verschwenkbar sind.
Zweckmäßig weisen die Verbindungselemente in einem Längsschnitt V-förmige Nuten auf mit denen die Verbindungselemente an den radialen Aussparungen der Schwenkscheibe als formschlüssige Verbindung verbunden sind.
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.
In einer weiteren Variante umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege.
In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege.
Zweckmäßig umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Niederdrucköffnung zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen.
In einer weiteren Variante umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Hochdrucköffnung zum Aus- und/oder Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und/oder in die rotierenden Kolbenbohrungen.
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 in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege,
3 einen Teillängsschnitt der Schrägscheibenmaschine gemäß 1 im Bereich der Schwenkwiege,
4 eine Draufsicht einer Schwenkscheibe der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
5 einen Längsschnitt eines Verbindungselementes der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
6 eine perspektivische Ansicht der Schwenkwiege der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
7 eine perspektivische Ansicht der Schwenkwiege der Schrägscheibenmaschine in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
8 eine perspektivische Ansicht eines Kolbens der Schrägscheibenmaschine gemäß 7,
9 eine erste perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes der Schrägscheibenmaschine gemäß 7,
10 eine zweite perspektivische Ansicht des Verbindungselementes gemäß 9,
11 eine Draufsicht des Verbindungselementes gemäß 9,
12 eine Ansicht der Schwenkscheibe der Schrägscheibenmaschine gemäß 7,
13 einen Schnitt B-B gemäß 12 der Schwenkscheibe an einem radialen Schlitz und
14 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 parallel oder mit einem kleinen spitzen Winkel, z. B. 3°, 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 fluiddicht einen Innenraum 44, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist.
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 an einer Wiegenlagerseite 17 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 Schwenkwiege 14 weist eine ebene bzw. plane Zylindertrommelseite 18 auf, welche der Zylindertrommel 5 zugewandt ist und eine Wiegenlagerseite 17 auf, welche der Wiegenlagerung 20 zugewandt ist bzw. der Zylindertrommel 5 abgewandt ist.
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.
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.
Eine Schwenkscheibe 33 ist um eine Scheiben-Rotationsachse 70 rotierend bezüglich der nicht rotierenden Schwenkwiege 14 mit einer Lagerung 71 gelagert. Die Scheiben-Rotationsachse 70 führt dabei eine Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 um die Schwenkachse 15 mit aus und bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege 14 von 0° ist die Scheiben-Rotationsachse 70 identisch zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5. Die Schwenkscheibe 33 weist einen Auflagering 74 auf, mittels dem die Schwenkscheibe 33 an der Lagerung 71 in axialer Richtung befestigt ist. Dabei können von der Schwenkscheibe 33, d. h. dem Auflagering 74, sowohl Druckkräfte in Richtung zu der Schwenkwiege 14 als auch Zugkräfte in Richtung zu der Zylindertrommel 5 übertragen werden. Die Lagerung 71 ist eine als Nadellagerung 73 ausgebildete Wälzlagerung 72 ausgebildet, so dass dadurch keine hydrostatische Entlastung zur mittelbaren Lagerung der Kolben 7 an der Schwenkwiege 14 erforderlich ist und ferner treten an der Wälzlagerung 72 geringe Verluste aufgrund einer Reibleistung auf. Jeder Kolben 7 ist mit jeweils einem Verbindungselement 23 an einer Kolbenverbindungsstelle 22 verbunden. Die Kolbenverbindungsstelle 22 ist dabei gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in den 1 bis 6 ein als Kugelgelenk 68 ausgebildetes Gelenk 67. Hierzu weist jedes Verbindungselement 23 eine Lagerkalotte 59 auf und jeder Kolben 7 eine Lagerkugel 40. Die teilweise sphärisch ausgebildete Lagerkugel 40 und Lagerpfanne 59 bzw. Lagerkalotte 59 sind beide komplementär bzw. sphärisch ausgebildet, so dass dadurch bei einer entsprechenden Bewegungsmöglichkeit zueinander zwischen der Lagerkalotte 59 und der Lagerkugel 40 an den Kolben 7 eine ständige Verbindung zwischen dem Kolben 7 und den Verbindungselementen 23 vorhanden ist. Die Lagerkalotte 59 weist ferner eine Umbördelung 76 (5) auf, so dass dadurch auch Zugkräfte zwischen dem Kolben 7 und den Verbindungselementen 23 übertragen werden können.
Die Schwenkscheibe 33 weist radiale Schlitze 37 als radiale Aussparungen 34 auf und die Anzahl der radialen Aussparungen 34 entspricht der Anzahl der Kolben 7 bzw. Verbindungselementen 23. Die Verbindungselemente 23 sind mit einer formschlüssigen Verbindung 38 als einer Nut-Feder-Verbindung 41 mit der Schwenkscheibe 33 verbunden. Die Nut-Feder-Verbindung 41 ermöglicht es, dass einerseits die Verbindungselemente 23 in einer radialen Richtung der Schwenkscheibe 33 in den radialen Aussparungen 34 beweglich sind und außerdem axiale Druck- und Zugkräfte zwischen den Verbindungselementen 23 und der Schwenkscheibe 33 übertragen werden können. Die Verbindungselemente 23 weisen neben der Lagerkalotte 59 einen Verbindungsstutzen 69 (3 und 5) auf. Eine Längsachse 75 des Verbindungselementes 23 weist an einer ringförmigen Nut 61 des Verbindungsstutzens 69 einen geringeren radialen Abstand zum Ende des Verbindungsstutzens 69 auf als außerhalb der Nut 61. Der Durchmesser des Verbindungsstutzens 69 an der Nut 61 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der radialen Schlitze 37, so dass dadurch der Verbindungsstutzen 69 in radialer Richtung in den radialen Stutzen 37 beweglich ist und die axialen Begrenzungen der Nuten 61, welche von den Verbindungsstutzen 69 gebildet sind, liegen auf den axialen Außenseiten der Schwenkscheibe 33 auf, so dass dadurch eine Feder 62 bzw. ein Vorsprung 62 der Nut-Feder-Verbindung 41 von dem Randbereich der Schwenkscheibe 33 im Bereich der radialen Schlitze 37 gebildet ist.
in den 7 bis 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Schrägscheibenmaschine 1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel der Schrägscheibenmaschine 1 unterscheidet sich im Wesentlichen nur durch die Verbindungselemente 23 sowie den entsprechenden hierzu erforderlichen Verbindungen an den Kolben 7 sowie an der Schwenkscheibe 33 von dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Kolbenverbindungsstelle 22 sind in dem zweiten Ausführungsbeispiel als ein Bolzengelenk 77 ausgebildet. Die Kolben 7 weisen eine Bolzenbohrung 79 auf und die Verbindungselemente 23 eine Bolzenbohrung 80. In den beiden Bolzenbohrungen 79, 80 ist ein in 8 nur strichliert dargestellter Bolzen 78 angeordnet, so dass dadurch die Kolben 7 mit den Verbindungselementen 23 an den Kolbenverbindungsstellen 22 als Bolzengelenk 77 verbunden sind.
Die Verbindungselemente 23 sind in gleicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel in radialer Richtung an den radialen Schlitzen 37 beweglich und es können Zug- und Druckkräfte zwischen den Verbindungselementen 23 bezüglich der Schwenkscheibe 33 übertragen werden. Die Verbindungselemente 23 weisen an zwei gegenüberliegenden Seiten eine erste V-förmige Nut 81 und eine zweite schräge, teilweise offene Nut 82 auf (9 bis 11). In einem Schnitt B-B gemäß 12 senkrecht zu der Zeichenebene von 12 weist die Schwenkscheibe 33 an den radialen Schlitzen 37 gemäß der Darstellung in 13 eine halbkreisförmige Geometrie auf. Aufgrund der Ausbildung der ersten V-förmigen Nut 81 und der zweiten Nut 82 an den Verbindungselementen 23 können die Verbindungselemente 23 bezüglich der Schwenkscheibe 33 verschwenkt werden, d. h. die Längsachse 75 der Verbindungselemente 23 kann in unterschiedlichen spitzen Winkeln bezüglich einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Scheiben-Rotationsachse 70 bewegt werden. Bei einem Schwenkwinkel α von im Wesentlichen 0° sind jedoch die Längsachsen 75 der Verbindungselemente 23 im Wesentlichen senkrecht zu der fiktiven Ebene senkrecht zu der Scheiben-Rotationsachse 70 ausgerichtet. Diese Verschwenkbarkeit der Verbindungselemente 23 bezüglich der Schwenkscheibe 33 ist erforderlich, um die Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 um die Schwenkachse 15 zu ermöglichen. Die Bolzengelenke 77 dienen im Wesentlichen dazu, eine Bewegungsmöglichkeit bzw. Verschwenkbarkeit der Verbindungselemente 23 bezüglich der Kolben 7 zu gewährleisten, da die Längsachsen der Kolben 7 in einem geringen Winkel, beispielsweise von 3°, bezüglich der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 ausgerichtet sind.
In 14 ist ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 45 dargestellt. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang 45 weist einen Verbrennungsmotor 46 auf, welcher mittels einer Welle 47 ein Planetengetriebe 48 antreibt. Mit dem Planetengetriebe 48 werden zwei Wellen 47 angetrieben, wobei eine erste Welle 47 mit einer Kupplung 49 mit einem Differentialgetriebe 56 verbunden ist. Eine zweite bzw. andere Welle, welche von dem Planetengetriebe 48 angetrieben ist, treibt durch eine Kupplung 49 eine erste Schrägscheibenmaschine 50 an und die erste Schrägscheibenmaschine 50 ist mittels zweier Hydraulikleitungen 52 mit einer zweiten Schrägscheibenmaschine 51 hydraulisch verbunden. Die erste und zweite Schrägscheibenmaschine 50, 51 bilden dadurch ein hydraulisches Getriebe 60 und von der zweiten Schrägscheibenmaschine 51 kann mittels einer Welle 47 auch das Differentialgetriebe 56 angetrieben werden. Das Differentialgetriebe 56 treibt mit den Radwellen 58 die Räder 57 an. Ferner weist der Antriebsstrang 45 zwei Druckspeicher 53 als Hochdruckspeicher 54 und als Niederdruckspeicher 55 auf. Die beiden Druckspeicher 53 sind dabei mittels nicht dargestellter Hydraulikleitungen auch mit den beiden Schrägscheibenmaschinen 50, 51 hydraulisch verbunden, sodass dadurch mechanische Energie des Verbrennungsmotors 46 in dem Hochdruckspeicher 54 hydraulisch gespeichert werden kann und ferner in einem Rekuperationsbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit dem Antriebsstrang 45 ebenfalls kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in dem Hochdruckspeicher 54 hydraulisch gespeichert werden kann. Mittels der in dem Hochdruckspeicher 54 gespeicherten hydraulischen Energie kann mit einer Schrägscheibenmaschine 50, 51 zusätzlich das Differentialgetriebe 56 angetrieben werden.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die Kolben 7 sind mittels der Verbindungselemente 23 und der Schwenkscheibe 33 mit der Schwenkwiege 14 mittelbar verbunden. Die rotierende Schwenkscheibe 33, welche die Rotationsbewegung der Zylindertrommel 5 mit ausführt, ist mittels der Nadellagerung 73 an der Schwenkwiege 14 gelagert, so dass dadurch die großen, von den Kolben 7 auf die Schwenkwiege 14 aufgebrachten Druckkräfte mittels der Nadellagerung 73 von der rotierenden Schwenkscheibe 33 auf die Schwenkwiege 14 übertragen werden. Dadurch ist in vorteilhafter Weise keine hydrostatische Entlastung mit einer Gleitlagerung zur Übertragung dieser Kräfte erforderlich wie im Stand der Technik und damit kann der Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine 1 wesentlich erhöht werden. Ferner erlaubt die Nadellagerung 73 eine auf Dauer zuverlässige Lagerung der Kolben 7 mittelbar an der Schwenkwiege 14 bei einer geringen Reibleistung der Nadellagerung 73. Der Innenraum 44 ist mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, so dass die Hydraulikflüssigkeit auch als Schmiermittel für die Wälzlagerung 72 als Nadellagerung 73 eingesetzt werden kann.
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), dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibenmaschine (1) eine Schwenkscheibe (33) umfasst, welche mit den Kolben (7) dahingehend verbunden ist, dass die Schwenkscheibe (33) die Rotationsbewegung der Zylindertrommel (5) mit ausführt und Kräfte in Richtung einer Längsachse der Kolben (7) von den Kolben (7) auf die Schwenkscheibe (33) übertragbar sind und die rotierende Schwenkscheibe (33) an der Schwenkwiege (14) gelagert ist, so dass die von den Kolben (7) auf die Schwenkwiege (14) übertragenen Kräfte mittelbar von der Schwenkscheibe (33) auf die Schwenkwiege (14) übertragbar sind.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Kolben (7) auf die Schwenkwiege (14) zu übertragenden Kräfte, insbesondere Druckkräfte in Richtung zu der Schwenkwiege (14), ausschließlich mittelbar von der rotierenden Schwenkscheibe (33) auf die Schwenkwiege (14) übertragbar sind.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (7) mit je einem Verbindungselement (23) mittelbar mit der Schwenkscheibe (33) verbunden sind und/oder die von den Kolben (7) auf die Schwenkscheibe (33) zu übertragenden Kräfte, insbesondere ausschließlich, mit Verbindungselementen (23) von den Kolben (7) auf die Schwenkscheibe (33) übertragbar sind und/oder jedem Kolben (7) je ein Verbindungselement (23) zugeordnet ist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkscheibe (33) radiale Aussparungen (34), insbesondere Schlitze (37), aufweist und in den radialen Aussparungen (34) je ein Verbindungselement (23) in radialer Richtung beweglich gelagert ist und/oder die Verbindungselemente (23) radial beweglich an der Schwenkscheibe (33) gelagert sind.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (23) mit je einer formschlüssigen Verbindung (38) mit der Schwenkscheibe (33) in axialer Richtung verbunden sind, so dass mit den formschlüssigen Verbindungen (38) von den Verbindungselementen (23) Kräfte mit einer Komponente in axialer Richtung, insbesondere Druckkräfte mit einer axialen Komponente in Richtung zu der Schwenkwiege (14), auf die Schwenkscheibe (33) übertragbar sind.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssigen Verbindungen (38) als eine Nut-Feder-Verbindung (41) ausgebildet sind, insbesondere mit einer Nut-Feder-Verbindung (41) an den radialen Aussparungen (34) der Schwenkscheibe (33).
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verbindungselementen (23) die Nuten (61) und von den radialen Aussparungen (34) der Schwenkscheibe (33) je eine Feder (62) bzw. je ein Vorsprung (62) ausgebildet sind.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselemente (23) mittels eines Gelenkes (67) als Kolbenverbindungsstelle (22) mit den Kolben (7) verbunden sind und insbesondere die Verbindungselement (23) Lagerkalotten (59) umfassen in welcher je eine Lagerkugel (40) an den Kolben (7) gelagert ist oder umgekehrt, so dass je ein Kugelgelenk (68) zwischen den Verbindungselementen (23) und den Kolben (7) ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (23) je einen Verbindungsstutzen (69) umfassen und an dem Verbindungsstutzen (69) die Nut (61) oder Feder (62) für die formschlüssige Verbindung (38) ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkscheibe (33) mit einer Lagerung (71), insbesondere einer Wälzlagerung (72), z. B. einer Nadellagerung (73), an der Schwenkwiege (14) gelagert ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkscheibe (33) an der Schwenkwiege (14) dahingehend gelagert ist, dass die Schwenkscheibe (33) eine Schwenkbewegung der Schwenkwiege (14) um die Schwenkachse (15) mit ausführt.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkscheibe (33) um eine Scheiben-Rotationsachse (70) rotierend gelagert ist und die Scheiben-Rotationsachse (70) bezüglich der Schwenkwiege (14) fest ist und/oder die Scheiben-Rotationsachse (70) eine Schwenkbewegung der Schwenkwiege (14) um die Schwenkachse (15) mit ausführt.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkalotte (59) eine Umbördelung (76) aufweist, so dass die Lagerkugel (40) mit der Lagerkalotte (59) in sämtlichen Richtungen verbunden ist.
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 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (45) zwei Schrägscheibenmaschinen (1) umfasst, welche hydraulisch miteinander verbunden sind und als hydraulisches Getriebe (60) fungieren und/oder der Antriebsstrang (45) zwei Druckspeicher (53) als Hochdruckspeicher (54) und Niederdruckspeicher (55) umfasst.