-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Schwenkwiege für eine Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 11, sowie ein Verfahren zur hydrostatischen Entlastung einer Stellteilanbindung einer Schrägscheibenmaschine und zum Druckabbau eines Arbeitsmediums während eines Umsteuervorgangs der Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 12.
-
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. Bei Schrägscheibenmaschinen stützen sich mehrere in einer rotierenden Zylindertrommel geführte Kolben, auch bekannt als Arbeitskolben, an einer Gleitfläche einer Schwenkwiege ab. Zur Verstellung des Hubes der Kolben ist die Neigung der Schwenkwiege über eine oder mehrere Verstelleinrichtungen einstellbar. Die Verstelleinrichtungen werden üblicherweise durch Stellkolben und Gegenkolben gebildet, wobei die Anbindung der Verstelleinrichtung an der Schwenkwiege hydrostatisch entlastet werden müssen, um den Verschleiß der Bauteile im Betrieb zu verringern.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2011 113 533 A1 offenbart eine Stellvorrichtungen einer Axialkolbenmaschine, die in ihrem kugelförmigen Kopf eine Bohrung vorgesehen hat, durch die Medium zu einer Kontaktstelle zwischen Stellvorrichtung und Schwenkwiege geführt wird. In der Bohrung liegt Hochdruck, bzw. Stelldruck an.
-
Nachteilig an dieser Lösung ist das Entstehen von nicht unerheblichen Leckageverlusten im Betrieb, da in der Bohrung, bzw. an der Kontaktstelle permanent Hochdruck anliegt.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 038 455 A1 offenbart eine Axialkolbenmaschine mit einer Stellvorrichtung mit einem Stellkolben und einem Gegenkolben, wobei beide Kolben Bohrungen durch die gesamte Kolbenlänge aufweisen. In den Bohrungen liegt im Betrieb Hochdruck an, der die Kolben an den Kontaktstellen zur Schwenkwiege hydrostatisch entlastet.
-
-
Nachteilig an diesen Lösungen sind sowohl der permanent anstehende Hochdruck und der dadurch entstehenden Leckageverlust, sowie die aufwendige Herstellung der langen Bohrungen in den Stellkolben und Gegenkolben.
-
Die nicht vorveröffentlichte Anmeldung
DE 10 2013 205 466 zeigt eine Axialkolbenmaschine deren Schwenkwiegenlagerung über eine Pulsschmierung geschmiert wird und bei der während eines Umsteuervorgangs ein Arbeitsmedium über einen Schmiermediumkanal von einem relativ hohen Druck auf einen relativ kleinen Druck in die Schwenkwiegenlagerung entlastet wird.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Schrägscheibenmaschine bereitzustellen, deren Stellvorrichtung an den Kontaktstellen zur Schwenkwiege geschmiert, bzw. hydrostatisch entlastet ist und die während eines Umsteuervorgangs eine sichere Druckentlastung gewährleistet, wobei deren Stellkolben einfach und kostengünstig herstellbar sind.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Schrägscheibenmaschine durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Schwenkwiege durch die Merkmale des Anspruchs 11 und hinsichtlich des Verfahrens zur hydrostatischen Entlastung einer Stellteilanbindung einer Schrägscheibenmaschine und zum Druckabbau eines Arbeitsmediums während eines Umsteuervorgangs der Schrägscheibenmaschine durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.
-
Die erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine umfasst Arbeitskolben, die in einer im Wesentlichen axialen Richtung in Kolbenbohrungen einer Zylindertrommel hin und her bewegbar geführt sind, und eine über Stellkolben verstellbaren Schwenkwiege, wobei die Schwenkwiege mindestens einen von einem Umsteuerbereich einer Lauffläche der Schwenkwiege ausgehenden Kanal aufweist. Der Kanal bildet erfindungsgemäß eine hydraulische Verbindung zwischen zumindest einem Arbeitsraum der Arbeitskolben und zumindest einer Stellteilanbindung der Stellkolben an der Schwenkwiege. Zudem weist der Kanal zumindest eine Öffnung zum Druckabbau eines Arbeitsmediums während eines Umsteuervorgangs der Schrägscheibenmaschine auf, wobei die Öffnung in einen Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine mündet.
-
Während des Betriebs der Schrägscheibenmaschine, baut sich in den Arbeitsräumen der Arbeitskolben Druck eines Arbeitsmediums auf, bzw. es steht Druck in den Arbeitsräumen an. Bei dem Arbeitsmedium handelt es sich vorzugsweise um Öl, zum Beispiel Hydrauliköl. Das Arbeitsmedium schmiert gleichzeitig die Komponenten der Schrägscheibenmaschine. Erfindungsgemäß wird das unter Druck stehende Arbeitsmedium von dem Arbeitsraum der Arbeitskolben über den Kanal in der Schwenkwiege an die Stellteilanbindung der Stellkolben an der Schwenkwiege geführt. Zudem wird der Druck des Arbeitsmediums während des Umsteuervorgangs über die Öffnung des Kanals in einen Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine abgebaut.
-
Zum einen wird durch die Erfindung in vorteilhafter Weise die Stellteilanbindung des Stellkolbens an der Kontaktstelle zur Schwenkwiege hydrostatisch entlastet, wodurch der Verschleiß der in Kontakt stehenden Komponenten verringert wird. Zudem ist eine höhere Belastung der Kontaktstellen möglich.
-
Durch den Einsatz des Kanals in der Schwenkwiege kann eine aufwendige Fertigung von Bohrungen in den Stellkolben verzichtet werden.
-
Die Zuführung des Arbeitsmediums erfolgt gepulst, da jeweils beim Überfahren des Kanals durch einen Arbeitskolben Druck im Kanal aufgebaut wird. Es entsteht eine sogenannte Pulsschmierung an der Kontaktstelle der Stellteilanbindung der Stellkolben an der Schwenkwiege.
-
Zum anderen erfolgt der während des Umsteuervorgangs notwendige Druckabbau des Arbeitsraums in den Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine in vorteilhafter Weise über die Schwenkwiege und nicht, wie bei Axialkolbenmaschinen üblich, über eine Kerbe in einer Verteilerplatte der Schrägscheibenmaschine.
-
Besonders vorteilhaft ist es, der Kanal von dem Umsteuerbereich der Lauffläche der Schwenkwiege ausgeht.
-
Der Umsteuerbereich der Schrägscheibenmaschine beschreibt den Bereich der Schrägscheibenmaschine, in dem das Arbeitsmedium von einem relativ hohen Druck, der auch als Hochdruck bezeichnet wird, auf einen relativ niedrigen Druck, der auch als Niederdruck bezeichnet wird, expandiert, bzw. entlastet wird. Der Bereich in dem Umsteuerbereich ist besonders vorteilhaft, weil dort das Arbeitsmedium bereits vollständig komprimiert ist und dadurch unter Druck stehendes Arbeitsmedium in den Kanal gelangt. Das unter Druck stehende Arbeitsmedium sorgt für eine Pulsschmierung an der Kontaktstelle der Stellteilanbindung der Stellkolben an der Schwenkwiege.
-
Da im Umsteuerbereich der Schrägscheibenmaschine ein Teil des Arbeitsmediums verlustbehaftet in den Niederdruck abgeführt wird, ist es vorteilhaft einen Teil des Arbeitsmediums zur Pulsschmierung an der Kontaktstelle der Stellteilanbindung der Stellkolben an der Schwenkwiege zu nutzen, wodurch die im Umsteuerbereich auftretende Verlustenergie gezielt genutzt wird, um die Stellteilanbindung hydrostatisch zu entlasten. Somit können die Leckageverluste weiter verringert werden.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, einen Ausgangspunkt des Kanals in dem Umsteuerbereich nahe eines inneren Totpunkts oder eines äußeren Totpunkts der Schwenkwiege auszubilden.
-
Als innerer Totpunkt wird einer von zwei Totpunkten bezeichnet, die bei einer kompletten 360-Grad-Umdrehung des Zylinders von den einzelnen Kolben der Schrägscheibenmaschine überfahren werden. Am inneren Totpunkt sind die Kolben ganz eingefahren, das heißt, der Arbeitsraum des Arbeitskolbens, bzw. das zugehörige Zylindervolumen ist am kleinsten. Im Gegensatz dazu sind die Kolben am äußeren Totpunkt ganz ausgefahren. Durch die Anordnung des Ausgangspunkts des Kanals in der Nähe des inneren Totpunkts der Schwenkwiege wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass während des Umsteuervorgangs ein Druckabbau im jeweiligen Arbeitsraum oder Zylinderraum des Kolbens von der Lauffläche der Schwenkwiege über die Öffnung im Kanal der Schwenkwiege erfolgt und die dabei frei werdende Energie zur hydrostatischen Entlastung der Kontaktstelle der Stellteilanbindung der Stellkolben an der Schwenkwiege genutzt wird. Dadurch kann vorteilhaft der Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine verbessert werden. Ein Druckwechsel von Hochdruck zu Niederdruck findet im Bereich des inneren Totpunkts statt, wenn die Schrägscheibenmaschine als Pumpe betrieben wird. Wenn die Schrägscheibenmaschine als Motor betrieben wird, findet der Druckwechsel im Bereich des äußeren Totpunkts statt. Im Pumpenbetrieb der Schrägscheibenmaschine ist der Ausgangspunkt des Kanals in der Nähe des inneren Totpunkts der Schwenkwiege angeordnet. Im Motorbetrieb der Schrägscheibenmaschine ist der Ausgangspunkt des Kanals in der Nähe des äußeren Totpunkts der Schwenkwiege angeordnet.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung endet der Endpunkt des Kanals an zumindest einer Stellteilanbindung des Stellkolbens.
-
Durch das Zuführen des Arbeitsmediums an den Endpunkt des Kanals wird die Kontaktstelle der Stellteilanbindung des Stellkolbens in vorteilhafter Weise direkt mit unter Druck stehenden Arbeitsmedium versorgt. Dadurch ist eine einfache Schmierung der Kontaktstelle der sich ineinander beweglichen Teile möglich. Der Endpunkt kann zum einen direkt an der Schwenkwiege angeordnet sein, oder auch an einem in der Schwenkwiege angeordneten Bauteil, wie beispielsweise einen Schaft. Der Schaft steht dabei in Kontakt zum Stellkolben und der Endpunkt endet am Schaft an der Kontaktstelle zum Stellkolben.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kanal aus zumindest drei Kanalabschnitten gebildet. Ein erster Kanalabschnitt geht vom Ausgangspunkt des Kanals aus. Ein zweiter Kanalabschnitt geht vom Endpunkt des Kanals aus und ein dritter Kanalabschnitt verbindet den ersten und den zweiten Kanalabschnitt durch die Schwenkwiege hindurch miteinander.
-
Diese Anordnung der drei Kanalabschnitte und die dadurch entstandene vorteilhafte einfache Geometrie des Kanals in der Schwenkwiege ermöglicht eine einfache Herstellung der Schwenkwiege. Zudem wird dadurch für eine möglichst kleine Distanz zwischen dem Ausgangs- und dem Endpunkt des Kanals gesorgt, wodurch das Totvolumen des Kanals so gering wie möglich gehalten wird.
-
Dadurch können Kosten bei der Herstellung der Schrägscheibenmaschine und Leckageverluste beim Betrieb verringert werden.
-
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung mündet die Öffnung des Kanals an einer Lagerschale zur Lagerung der Schwenkwiege. Dadurch kann in vorteilhafter Weise das beim Umsteuervorgang abgeführte Arbeitsmedium als Schmiermedium zur Schmierung der Lagerschale genutzt werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine erhöht und es kann auf weitere Mittel zur Schmierung, wie beispielsweise Bohrungen oder Düsen im Gehäuse der Schrägscheibenmaschine, verzichtet werden, bzw. je nach Anwendungsfall können diese günstiger ausgelegt werden.
-
Um eine optimale Schmierung der Lagerschalen zu erreichen, münden bei dieser Ausführungsform die Öffnungen zum Druckabbau ausschließlich an den Lagerschalen. Der Kanal kann jedoch Abzweigungen und mehrere Öffnungen aufweisen, um alle Lagerschalen zur Lagerung der Schwenkwiege zu erreichen. Andere, beispielsweise fertigungsbedingte Öffnungen in der Schwenkwiege, sind beispielsweise über Stopfen, Schrauben oder ähnliche Verschlussmittel geschlossen.
-
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mündet die Öffnung des Kanals an einem Ende des dritten Kanalabschnitts in den Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine. Dadurch kann in vorteilhafter Weise der Druck über die Schwenkwiege abgebaut werden. Bei der Verstellung der Schwenkwiege kann möglicherweise Abrieb entstehen, der durch den zweiten Kanalabschnitt in den dritten Kanalabschnitt gelangt. Durch die Lage der Öffnung am Ende des dritten Kanalabschnitts, kann der entstandene Abrieb in einfacher Weise beim Druckabbau des Arbeitsmediums in den Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine abgeführt werden.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine an den Lagerschalen mündenden Öffnungen vorgesehen.
-
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung weist der Kanal zumindest zwei in den Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine mündende Öffnungen auf, wobei die erste Öffnung an einer Lagerschale zur Lagerung der Schwenkwiege mündet und die zweite Öffnung an einem Ende des dritten Kanalabschnitts in den Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine mündet.
-
Dieses Ausführungsbeispiel vereint die Vorteile der vorherigen Ausführungsbeispiele, wobei für die jeweilige Funktion weniger Arbeitsmedium zur Verfügung steht.
-
In einer Weiterbildung der zweiten und dritten Ausführungsform ist die Öffnung des dritten Kanalabschnitts an einem Flügel der Schwenkwiege angeordnet, wobei der Flügel die Stellteilanbindung aufnimmt. Durch die Lage der Öffnung am Flügel der Schwenkwiege, kann der bei der Verstellung der Schwenkwiege entstandene Abrieb in einfacher Weise beim Druckabbau des Arbeitsmediums in den Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine abgeführt werden.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Öffnung eine Drossel, bzw. eine Drosselstelle auf, wobei die Öffnung in einer Weiterbildung einen kleineren Querschnitt als den Querschnitt am Endpunkt des zweiten Kanalabschnitts aufweist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass ein Druckimpuls für die hydrostatische Entlastung erreicht wird, bevor der Druckabbau über die Öffnungen stattfindet.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Schwenkwiege für eine vorab beschriebene Schrägscheibenmaschine. Die Schwenkwiege ist separat handelbar.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur hydrostatischen Entlastung einer Stellteilanbindung einer Schrägscheibenmaschine und zum Druckabbau eines Arbeitsmediums während eines Umsteuervorgangs der Schrägscheibenmaschine, insbesondere einer Schrägscheibenmaschine nach einer der beschriebenen Ausführungsformen, wobei als Schmiermedium Arbeitsmedium verwendet wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass während eines Umsteuervorgangs der Schrägscheibenmaschine deren Arbeitskolben zumindest einen Ausgangspunkt eines Kanals einer Schwenkwiege überfahren und das unter Druck stehende Arbeitsmedium von einem Arbeitsraum der Arbeitskolben in den Kanal geleitet wird, wobei eine impulsartige Druckerhöhung des Arbeitsmediums im Kanal stattfindet und dadurch die Stellteilanbindung der Schrägscheibenmaschine hydrostatisch entlastet wird. Zusätzlich wird nach der impulsartigen Druckerhöhung der Druck des Arbeitsmediums durch zumindest eine Öffnung des Kanals in einen Niederdruckbereich der Schrägscheibenmaschine abgebaut. Durch das Überfahren des Ausgangspunkts des Kanals erfolgt in vorteilhafter Weise eine Pulsschmierung an der zu schmierenden Stelle und ein Druckabbau während des Umsteuervorgangs.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen mobilen oder stationären Hydraulikantrieb mit einer vorab beschriebenen Schrägscheibenmaschine. Die Schrägscheibenmaschine in dem Hydraulikantrieb wird auch als Hydrostat bezeichnet. Der mobile Hydraulikantrieb ist vorzugsweise Teil eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
-
Ferner ist auch die Anwendung als mobile oder stationäre hydraulische Arbeitsmaschine möglich.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der nachfolgenden Zeichnung.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1: einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine;
-
2: eine Draufsicht einer Schwenkwiege der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine, bzw. eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Schwenkwiege;
-
3: einen Ausschnitt eines Arbeitskolbens der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine;
-
4: einen Ausschnitt einer Stellteilanbindung der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine;
-
5: einen Ausschnitt einer weiteren Stellteilanbindung der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Der in 1 dargestellte Längsschnitt zeigt eine erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine 1, die als verstellbare Axialkolbenpumpe zur Umsetzung bzw. Umwandlung von mechanischer Energie (Drehmoment, Drehzahl) in hydraulische Energie (Volumenstrom, Druck) oder als verstellbarer Axialkolbenmotor zur Umsetzung bzw. Umwandlung hydraulischer Energie (Volumenstrom, Druck) in mechanische Energie (Drehmoment, Drehzahl) dienen kann. Die Schrägscheibenmaschine 1 fördert dabei ein Arbeitsmedium, bei dem es sich vorzugsweise um Öl, zum Beispiel Hydrauliköl handelt. Das Arbeitsmedium schmiert gleichzeitig die Komponenten der Schrägscheibenmaschine 1. Eine Antriebswelle 9 ist mittels einer Lagerung 10 an einem Gehäuseteil 21 und mit einer weiteren Lagerung 10 an einer Anschlußplatte 4 der Schrägscheibenmaschine 1 um eine Rotationsachse 8 drehbar bzw. rotierend gelagert. Die Anschlußplatte 4 und das Gehäuseteil 21 bilden das Gehäuse der Schrägscheibenmaschine 1, wobei der Hohlraum des Gehäuses einen Niederdruckbereich 60 der Schrägscheibenmaschine 1 bildet. Die Lagerung 10 in dem Gehäuseteil 21 ist in dieser Ausführungsform von der Innenseite des Gehäuseteils 21 montierbar. Mit der Antriebswelle 9 ist eine Zylindertrommel 5 drehfest verbunden. Die Zylindertrommel 5 kann dabei in axialer Richtung verschiebbar oder fest verbunden sein. Die Antriebswelle 9 und die Zylindertrommel 5 sind zweiteilig ausgebildet, können aber auch als ein Bauteil ausgebildet sein. Die Zylindertrommel 5 führt die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 aufgrund ihrer drehfesten Verbindung mit aus. In die Zylindertrommel 5 sind eine Vielzahl von Kolbenbohrungen 6 eingearbeitet, in denen Kolben 7 geführt werden, bzw. in denen jeweils ein Kolben 7 beweglich gelagert ist. Die Kolben 7 werden auch Arbeitskolben 7 genannt. Die Längsachsen 35 der Kolbenbohrungen 6 und Arbeitskolben 7 sind dabei im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 8 der Antriebswelle 9 bzw. der Zylindertrommel 5 ausgerichtet. Je nach Anwendungsfall kann es auch sinnvoll sein, dass die Längsachsen 35 der Kolbenbohrungen 6 und die darin geführten Arbeitskolben 7 nicht achsparallel zueinander angeordnet sind.
-
Eine Schwenkwiege 14 ist um eine Schwenkachse 15 schwenkbar über eine Wiegenlagerung 11 an dem Gehäuseteil 21 gelagert. Zudem weist die Schwenkwiege 14 eine Öffnung 42 zur Durchführung der Antriebswelle 9 auf. Durch die Schwenkwiege 14 kann der von der Schrägscheibenmaschine 1 geförderte Volumenstrom stufenlos über zumindest eine Schwenkeinrichtung 24 verstellt werden. Die Verstellung erfolgt über Stellkolben 30, wobei die Schwenkeinrichtung 24 sowohl durch zwei Stellkolben 30 als auch durch einen Stellkolben 30 und einen Gegenkolben 29 dargestellt werden kann. Die Verstellung durch die Stellkolben kann beispielsweise hydraulisch erfolgen. Elektrisch oder mechanisch angetriebene Schwenkeinrichtungen 24 sind auch denkbar. Bei einer Vergrößerung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege 14 steigt das Verdrängungsvolumen der Schrägscheibenmaschine 1, bei einer Verkleinerung verringert sich dieses entsprechend.
-
Durch die Schrägstellung der Schwenkwiege 14 bewegt sich jeder Arbeitskolben 7 während einer Umdrehung über einen unteren und einen oberen Totpunkt zurück in seine Ausgangslage. Dabei wird durch Steuergeometrien in einer Steuerplatte oder Verteilerplatte 3 das dem Hubvolumen entsprechende Arbeitsmedium zu- und abgeführt. Die Verteilerplatte 3 ist zwischen der Anschlußplatte 4 und der Zylindertrommel 5 angeordnet.
-
Auf einer Saugseite strömt Arbeitsmedium in einen sich vergrößernden Arbeitsraum 49 des Arbeitskolbens 7. Gleichzeitig wird auf einer Hochdruckseite das Arbeitsmedium durch die Arbeitskolben 7 aus dem Arbeitsraum 49 in ein angeschlossenes Hydrauliksystem gedrückt.
-
Die Schwenkwiege 14, auch bekannt als Schrägscheibe, weist eine ebene bzw. plane Fläche auf, die als Lauffläche 18 ausgebildet ist. Auf der Lauffläche 18 sind Gleitschuhe 37 angeordnet, wobei jeder Gleitschuh 37 mit jeweils einem Arbeitskolben 7 verbunden ist. Die Gleitschuhe 37 werden durch eine Rückzugplatte 12 an der Lauffläche 18 der Schwenkwiege 14 gehalten und geführt. Jeder Arbeitskolben 7 weist eine Gelenkkugel 39 auf, welche in einer Lagerpfanne 59 an dem Arbeitskolben 7 befestigt ist, so dass eine Kolbenverbindungsstelle 22 zwischen der Gelenkkugel 39 und der Lagerpfanne 59 an dem Gleitschuh 37 ausgebildet ist und sich der Arbeitskolben 7 über die Lauffläche 18, bzw. über den Gleitschuh 37 an der Schwenkwiege 14 abstützt. Die teilweise sphärisch ausgebildeten Gelenkkugel 39 und Lagerpfanne 59 sind beide komplementär bzw. sphärisch ausgebildet, so dass dadurch bei einer entsprechenden Bewegungsmöglichkeit zueinander zwischen der Gelenkkugel 39 und der Lagerpfanne 59 an den Arbeitskolben 7 möglichst eine ständige Verbindung zwischen dem Arbeitskolben 7 und der Lauffläche 18 vorhanden ist. Aufgrund der Verbindung der Arbeitskolben 7 mit der rotierenden Zylindertrommel 5 und der Verbindung der Lagerpfannen 59 mit den Gleitschuhen 37 führen die Gleitschuhe 37 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 aus.
-
In 2 ist eine Schwenkwiege 14 der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 mit Blick auf eine gestrichelt dargestellte Lauffläche 18 dargestellt. Die Schwenkwiege 14 weist Flügel 43 auf, an denen ein erster Angriffspunkt 19 für eine Schwenkeinrichtung 24 und ein zweiter Angriffspunkt 20 für eine Schwenkeinrichtung 24 angeordnet sind. Die Schwenkeinrichtungen 24 verstellen die Schwenkwiege 14 um ihre Schwenkachse 15. Ein Umsteuerbereich 44 der Schwenkwiege 14 bewegt sich im Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 entlang der Lauffläche 18. Wenn die zugehörige Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenmotor betrieben wird, dann bewegen sich die Arbeitskolben 7 mit der Zylindertrommel 5 im Uhrzeigersinn relativ zu der Lauffläche 18 der Schwenkwiege 14. Wenn die Schrägscheibenmaschine als 1 Axialkolbenpumpe betrieben wird, dann bewegen sich die Arbeitskolben 7 mit der Zylindertrommel 5 im Gegenuhrzeigersinn relativ zu der Lauffläche 18 der Schwenkwiege 14. Im Pumpenbetrieb wird der Umsteuerbereich 44 durch einen inneren Totpunkt 41 definiert. Der Umsteuerbereich 44 entspricht vorzugsweise einem Winkelbereich von circa plus/minus 15 Grad um den inneren Totpunkt 41. Der innere Totpunkt 41 ist in 2 oben angeordnet. Ein äußerer Totpunkt 42 ist in 2 unten angeordnet. Am inneren Totpunkt 41 sind die Kolben der Schrägscheibenmaschine 1 ganz eingefahren, wobei das zugehörige Zylindervolumen am kleinsten ist. Am äußeren Totpunkt 42 sind die Kolben vollständig ausgefahren. Im Motorbetrieb ist dies umgekehrt.
-
In dem Umsteuerbereich 44 wird das Arbeitsmediumvolumen der einzelnen Arbeitsräume 49, die von den Arbeitskolben 7 der Schrägscheibenmaschine 1 begrenzt werden, von Hochdruck auf Niederdruck expandiert. Bei dem Arbeitsmedium handelt es sich vorzugsweise um Öl. Daher wird das Arbeitsmediumvolumen auch als Ölvolumen bezeichnet.
-
Die Schwenkwiege 14 weist einen gestrichelt dargestellten Kanal 50 auf, der sich durch die Schwenkwiege 14 erstreckt. Der Kanal 50 reicht in diesem Ausführungsbeispiel von einem Ausgangspunkt 51 bis zu einem Endpunkt 52, bzw. er bildet eine hydraulische Verbindung zwischen diesen beiden Punkten. Die Arbeitskolben 7 der Schrägscheibenmaschine 1 bewegen sich entlang der Lauffläche 18 und somit über den Ausgangspunkt 51 des Kanals 50 und die Schwenkeinrichtung 24, bzw. die Stellteilanbindung 31 des Stellkolbens 30 ist an dem Angriffspunkt 20 angeordnet und somit an dem Endpunkt 52 des Kanals 50. Der Kanal 50 bildet somit eine hydraulische Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 49 des Arbeitskolbens 7 und der Stellteilanbindung 31 des Stellkolbens 30. Der Kanal 50 ist aus drei Kanalabschnitten gebildet, die in den folgenden Ausführungen als Bohrungen dargestellt sind. Ein erster Kanalabschnitt 53 geht vom Ausgangspunkt 51 des Kanals 50 aus. Ein zweiter Kanalabschnitt 54 geht vom Endpunkt 52 des Kanals 50 aus und ein dritter Kanalabschnitt 55 verbindet den ersten 53 und den zweiten Kanalabschnitt 54 durch die Schwenkwiege 14 hindurch miteinander. Der dritte Kanalabschnitt 55 des Kanals 50 weist in diesem Ausführungsbeispiel an dem Flügel 43 der Schwenkwiege 14 eine Öffnung 56 mit einer Drosselstelle auf. Aus der Öffnung 56 wird das unter Druck stehende Arbeitsmedium während des Umsteuervorgangs in den Niederdruckbereich 60 geleitet.
-
2a zeigt einen Ausschnitt A der 2 in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei der dritte Kanalabschnitt 55 zum Niederdruckbereich 60 durch einen Verschlussstopfen 58 verschlossen ist.
-
3 zeigt einen im Schnitt dargestellten Arbeitskolben 50 in der Zylindertrommel 5 der Schrägscheibenmaschine 1. Dieser ist in der Zylindertrommel 5 hin und her bewegbar geführt. Die Zylindertrommel 5 ist zwischen der Verteilerplatte 3 und der Schwenkwiege 14 angeordnet. Dabei ist der Arbeitskolben 7 über eine als Gleitschuh 37 ausgeführte Gleiteinrichtung mit der Schwenkwiege 14 gekoppelt. Der Gleitschuh 37 liegt gleitend an der Lauffläche 18 der Schwenkwiege 14 an.
-
Der Arbeitskolben 7 begrenzt in der Zylindertrommel 5 einen Arbeitsraum 49. Der Arbeitsraum 49 ist über einen Kanal 71, der sich durch den Arbeitskolben 7 und den Gleitschuh 37 erstreckt, mit einer Ausnehmung 72 verbunden, die an einem dem Arbeitskolben 7 abgewandten Ende des Gleitschuhs 37 ausgebildet ist. Der Kanal 71 ist als Durchgangsbohrung ausgeführt. Die Ausnehmung 72 des Gleitschuhs 37 ist der Lauffläche 18 der Schwenkwiege 14 zugewandt.
-
Durch einen Pfeil 73 ist in 3 die Bewegung des Arbeitskolbens 7 im Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 angedeutet. Wenn der Gleitschuh 37 mit der Ausnehmung 72 den Ausgangspunkt 51 des Kanals 50 in der Lauffläche 18 überfährt, dann wird der Arbeitsraum 49 beziehungsweise das Verdrängungsvolumen, das von dem Arbeitskolben 7 begrenzt wird, über den Kanal 71 mit dem Kanal 50 verbunden. Es entsteht ein Druckerhöhung, bzw. ein Druckimpuls des Arbeitsmediums im Kanal 50.
-
Der erste Kanalabschnitt 53 des Kanals 50 geht aus von dem von der Lauffläche 18 der Schwenkwiege 14 ausgehenden Ausgangspunkt 51 in Richtung einer Lagerfläche 13 der Schwenkwiege 14, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der erste Kanalabschnitt 53 durch die Schwenkwiege 14 hindurch reicht und eine Öffnung 57 in Richtung der Lagerschale 16 aufweist. Die Öffnung 57 weist eine Drosselstelle auf durch die während des Umsteuervorgangs unter Druck stehendes Arbeitsmedium an eine Lagerschale 16 gelangt und diese schmiert.
-
Die Lagerfläche 13 der Schwenkwiege 14 ist der Lagerschale 16 zugewandt. Die Lagerschale 16 ist in dem Gehäuseteil 21 der Schrägscheibenmaschine 1, wie sie in 1 dargestellt ist, positioniert. Der erste Kanalabschnitt 53 schneidet in der Schwenkwiege 14 den dritten Kanalabschnitt 55 des Kanals 5, dabei erstreckt sich der erste Kanalabschnitt 53 senkrecht durch die Schwenkwiege 14. Dieser kann aber auch schräg ausgeführt sein.
-
3a zeigt in einem Ausschnitt B der 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der der erste Kanalabschnitt 53 auf der Seite der Lagerfläche 13 einen Verschlussstopfen 58 aufweist.
-
In der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ist der Ausgangspunkt 51 des Kanals 50 in dem Umsteuerbereich 44 der Lauffläche 18 der Schwenkwiege 14 angeordnet.
-
Ferner ist der Ausgangspunkt 51 des Kanals 50 in dem Umsteuerbereich 44 nahe des inneren Totpunkts 41 oder des äußeren Totpunkts 42 der Schwenkwiege 14 ausgebildet.
-
Demnach ergibt sich aus den Beschreibungen der 2a und 3 eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei die Öffnung 57 des Kanals 50 an der Lagerschale 16 zur Lagerung der Schwenkwiege 14 mündet, wodurch das beim Umsteuervorgang abgeführte Arbeitsmedium als Schmiermedium zur Schmierung der Lagerschale 16 genutzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der dritte Kanalabschnitt 55 durch einen Verschlussstopfen 58 verschlossen.
-
Aus der Beschreibung der 2 und 3a ergibt sich eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei die Öffnung 56 des Kanals 50 an einem Ende des dritten Kanalabschnitts 55 in den Niederdruckbereich 60 der Schrägscheibenmaschine 1 mündet, wodurch der Druck über die Schwenkwiege 14 abgebaut werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Kanalabschnitt 53 durch einen Verschlussstopfen 58 verschlossen oder der Kanalabschnitt 53 reicht nicht durch die Schwenkwiege 14 hindurch.
-
Aus der Beschreibung der 2 und 3 ergibt sich eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei der Kanal 50 zumindest zwei in den Niederdruckbereich 60 der Schrägscheibenmaschine 1 mündende Öffnungen 56, 57 aufweist, wobei die erste Öffnung 57 in Richtung der Lagerschale 16 zur Lagerung der Schwenkwiege 14 mündet und die zweite Öffnung 56 an dem Ende des dritten Kanalabschnitts 55 in den Niederdruckbereich 60 der Schrägscheibenmaschine 1 mündet.
-
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Stellteilanbindung 31 der Schrägscheibenmaschine 1. Die Stellteilanbindung 31 ist aus einem in der Schwenkwiege 14 angeordneten Schaft 25 und einer am Stellkolben 30 angeordneten Gleiteinrichtung 26 ausgebildet ist, wobei der Stellkolben 30 über die Stellteilanbindung 31 mit der Schwenkwiege 14 gekoppelt ist. Der Schaft 25 ist auf der zum Stellkolben 30 hingewandten Seite kugelförmig ausgebildet und er ist in der Gleiteinrichtung 26 beweglich angeordnet. Der Schaft 25 und die Gleiteinrichtung 26 weisen Bohrungen 27 auf, die eine hydraulische Verbindung zwischen dem Kanal 50 und dem Stellkolben 30 bilden. Die Bohrung 27 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel dem zweiten Kanalabschnitt 54 des Kanals 50. Die Stellteilanbindung 31 wird durch den Schaft 25 und der Gleiteinrichtung 26 hindurch mit Arbeitsmedium versorgt, wodurch eine Pulsschmierung an der zu schmierenden Kontaktstelle erreicht wird. Zum einen an der Kontaktstelle zwischen dem Schaft 25 und der Gleiteinrichtung 26 und zum anderen an der Kontaktstelle zwischen der Gleiteinrichtung 26 und dem Stellkolben 30.
-
Der Schaft 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Schwenkwiege 14 eingepresst. Er kann alternativ auch eigeschraubt, eingesteckt und mit der Schwenkwiege 14 verschweißt sein. Der Kanal 50 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Öffnung 56 mit einer Drosselstelle auf, wobei durch die Öffnung 56 während des Umsteuervorgangs ein Druckabbau des Arbeitsmediums in den Niederdruckbereich 60 möglich ist.
-
Der Endpunkt 52 des Kanals 50 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an dem Schaft 25 angeordnet.
-
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stellteilanbindung 31 der Schrägscheibenmaschine 1. Hier ist die Stellteilanbindung 31 aus einer Stellkugel 32 und einer die Stellkugel 32 aufnehmenden Ausnehmung 33 in der Schwenkwiege 14 gebildet, wobei der Stellkolben 30 über die Stellteilanbindung 31 mit der Schwenkwiege 14 gekoppelt ist. In dieser Ausführung ist die Kontaktstelle der Stellteilanbindung 31, bzw. die zu schmierende Stelle, direkt an der Schwenkwiege 14 angeordnet. Die Ausnehmung 33 ist kalottenförmig ausgebildet. Während des Druckimpulses, bzw. der Druckerhöhung wird Druck an der Kontaktstelle zwischen der Stellkugel 32 und der Ausnehmung 33 aufgebaut, wodurch eine hydrostatische Entlastung der Bauteile erfolgt. Der Kanal 50 ist mit dem zweiten Kanalabschnitt 54 verbunden und weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Öffnung 56 mit einer Drosselstelle auf, wobei durch die Öffnung 56 während des Umsteuervorgangs ein Druckabbau des Arbeitsmediums in den Niederdruckbereich 60 möglich ist.
-
Der Endpunkt 52 des Kanals 50 ist bei diesem Ausführungsbeispiel direkt an der Schwenkwiege 14 angeordnet.
-
Die hydrostatische Entlastung der in den 4 und 5 dargestellten Stellteilanbindungen 31 der Schrägscheibenmaschine 1, findet während des Umsteuervorgangs der Schrägscheibenmaschine 1 statt. Die Arbeitskolben 7 überfahren den Ausgangspunkt 51 des Kanals 50 der Schwenkwiege 14 und das unter Druck stehende Arbeitsmedium wird von dem Arbeitsraum 49 der Arbeitskolben 7 über den Kanal 50 an die Stellteilanbindung 31 der Schrägscheibenmaschine 1 geführt, wobei diese dadurch hydrostatisch entlastet wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011113533 A1 [0003]
- DE 102008038455 A1 [0005]
- DE 102008038435 A1 [0006]
- DE 102013205466 [0008]
