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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Lagerschale für eine Schwenkwiege einer derartigen Axialkolbenmaschine.
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Der Grundaufbau einer Axialkolbenmaschine ist in der
DE 10 2006 055 161 A1 erläutert. Demgemäß hat eine Axialkolbenmaschine ein in einem Gehäuse gelagertes Triebwerk, das eine Triebwelle hat, die in Wirkverbindung mit einer Zylindertrommel steht. In dieser ist eine Vielzahl von Axialkolben geführt, die mit der Zylindertrommel jeweils einen Arbeitsraum begrenzen, der über eine gehäuseseitige Steuerscheibe je nach Drehposition der Zylindertrommel mit einem Hochdruckanschluss oder einem Niederdruckanschluss verbindbar sind. Die fußseitigen Endabschnitte der Axialkolben sind bei der bekannten Lösung über Gleitschuhe an einer Schwenkwiege abgestützt, deren Schwenkwinkel zur Verstellung des Förder-/Schluckvolumens verstellbar ist. Diese Schwenkwiege ist ihrerseits über zwei Lagerschalen im Gehäuse gelagert. Zur Verringerung der Reibung beim Verschwenken der Schwenkwiege sind in jeder Lagerschale Schmiernuten ausgebildet, durch die hindurch Druckmittel zur Schmierung in den Gleitlagerbereich geführt wird. Diese Schmiernuten münden in einem mit Druckmittel gefüllten Gehäuseinnenraum, so dass die Druckmittelzufuhr gewährleistet ist. Es zeigte sich, dass mit derartigen Schmiernuten noch keine optimale Schmierung gewährleistet ist, so dass der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine verringert ist.
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Alternativ zu derartigen Schmiernuten kann die Schwenkwiege auch wälzgelagert sein – eine derartige Lösung bedarf jedoch eines erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwandes.
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Ebenfalls bekannt sind Lösungen, bei denen zur Verringerung der Reibung eine hydrostatische Entlastung der Schwenkwiege erfolgt. Dazu sind in der Lagerschale oder in der Schwenkwiege Drucktaschen ausgebildet, die mit einem gegenüber dem Gehäusedruck erhöhten Druck beaufschlagt sind. Die hierfür erforderlichen Zuleitungen erfordern einen hohen fertigungstechnischen Aufwand.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine und eine für eine derartige Axialkolbenmaschine geeignete Lagerschale zu schaffen, mit denen eine verbesserte Schwenkwiegenlagerung ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Axialkolbenmaschine durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf die Lagerschale durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 9 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß hat die Axialkolbenmaschine ein Triebwerk, das eine Vielzahl von in einer Zylindertrommel geführten Kolben hat, die jeweils mit der Zylindertrommel einen Arbeitsraum begrenzen. Diese sind über eine Steuereinrichtung mit Hochdruck oder Niederdruck verbindbar. Fußseitige Endabschnitte der Kolben sind an einer Schwenkwiege abgestützt, die über zumindest eine Lagerschale an einem Pumpengehäuse schwenkbar gelagert ist. Zur Reibungsminimierung sind im Lagerbereich Schmiernuten ausgebildet. Erfindungsgemäß verbreitern sich diese Schmiernuten im Querschnitt gesehen zum benachbarten Lagerteil hin, so dass sich ein Lager- oder Kontaktspalt zwischen eine Auflagefläche der Schwenkwiege und einer Lagerfläche der Lagerschale im Bereich der Schmiernuten in Schwenkrichtung verjüngt.
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Durch diese Verjüngung des Lagerspaltes wird das Schmiermittel, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Druckmittel, während des Schwenkvorgangs in den Lagerspalt „hineingezogen“, so dass auch bei Schwenkvorgängen mit kleiner Winkeländerung eine Benetzung der Lagerfläche erfolgt und somit die Schmierung optimiert ist. Die Schmiernuten verlaufen bevorzugt in einem Winkel ungleich 90 Grad, also schräg zu einer senkrecht auf der Schwenkachse der Schwenkwiege stehenden Schwenkebene.
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Besonders geeignet ist die Ausbildung der Schmiernuten mit einem etwa trapezförmigen Querprofil. Eine derartige Profilform lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand, beispielsweise durch Prägen, ausbilden.
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Die Zufuhr von Schmier-/Druckmittel ist besonders einfach, wenn diese Schmiernuten in Druckmittelverbindung mit einem Druckmittel führenden Druckmittelbereich der Axialkolbenmaschine stehen. Vorzugsweise münden diese Schmiernuten in den Stirnseiten der Lagerschale.
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Bei einer Variante der Erfindung ist die Lagerschale aus einem im Hinblick auf die Tribologie optimierten Material hergestellt, das weicher als dasjenige der Schwenkwiege ist.
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Die Lagerschalen sind üblicherweise aus einem weicheren Material als die Schwenkwiege hergestellt. Deshalb wird es bevorzugt, wenn die Schmiernuten in der Lagerschale ausgebildet sind. Grundsätzlich können sich jedoch Schmiernuten auch in der Schwenkwiege befinden. Weist die Schwenkwiege Schmiernuten auf, so sind diese so ausgebildet, so dass sich das Querprofil der Schmiernuten zu der Lagerschale hin verbreitert.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung befinden sich Schmiernuten sowohl in den Lagerschalen als auch in der Schwenkwiege. Die Schmiernuten an der Schwenkwiege sind dann zu schräg verlaufenden Schmiernuten der Lagerschale anders schräg gestellt, so dass sich die Schmiernuten von Lagerschale und Schwenkwiege kreuzen. Bevorzugt sind im Bezug auf die Mantellinien der jeweiligen Lagerfläche die Schmiernuten an der Schwenkwiege um das gleiche Maß entgegengesetzt zu den Schmiernuten an der Lagerschale schräg gestellt.
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Bei einer Variante der Erfindung verbleiben zwischen den Schwenknuten Tragstege, deren Stegbreite so gewählt ist, dass auch bei geringen Schwenkwinkeln eine Benetzung der Stege mittels Druckmittel gewährleistet ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Radialtiefe der Schmiernuten deutlich größer als die Breite des Lagerspalts.
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Dem entsprechend ist die erfindungsgemäße Lagerschale für eine Schwenkwiege einer Axialkolbenmaschine mit einer Vielzahl von Schmiernuten versehen, die stirnseitig münden und deren Querschnitt sich hin zur äußeren Umfangswandung der Schwenkwiege zumindest abschnittsweise verbreitert.
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Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung zur Verdeutlichung des Grundaufbaus einer Axialkolbenmaschine,
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2 den Grundaufbau einer Schwenkwiegenlagerung einer Axialkolbenmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 ein Detail der Schwenkwiegenlagerung gemäß 2,
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4 eine Draufsicht auf eine Lagerfläche an einer Schwenkwiege mit schräg verlaufenden Schmiernuten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und
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5 den Grundaufbau einer Schwenkwiegenlagerung einer Axialkolbenmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß der stark vereinfachten Darstellung in 1 hat eine Axialkolbenmaschine 1 ein mehrteiliges Gehäuse 2, in dem ein Triebwerk 4 gelagert ist. Dieses hat eine Triebwelle 6, die drehfest mit einer Zylindertrommel 8 verbunden ist. In dieser ist eine Vielzahl von Axialkolben 10 geführt, die gemeinsam mit der Zylindertrommel 8 jeweils einen Arbeitsraum 12 begrenzen. Die Arbeitsräume 12 sind über eine Steuerscheibe 14 je nach Drehwinkelposition der Zylindertrommel 8 mit einem nicht dargestellten Hochdruckanschluss oder einem Niederdruckanschluss verbindbar. Die Axialkolben 10 sind direkt oder indirekt beispielsweise über Gleitschuhe (nicht dargestellt) an einer Schwenkwiege 16 abgestützt, wobei diese im Abstützbereich mit einer Gleitscheibe 18 ausgebildet ist, um die Reibung zu minimieren.
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Die Schwenkwiege 16 ist ihrerseits über zwei parallel angeordnete Lagerschalen, von denen in 1 nur eine Lagerschale 20 sichtbar ist, schwenkbar im Gehäuse 2, beim dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Gehäusedeckel 22 gelagert. Der Schwenkwinkel α kann über einen Schwenkwinkelsensor 24 erfasst werden. Die Verstellung des Schwenkwinkels α erfolgt über eine nicht dargestellte Verstelleinrichtung mit einem Stellzylinder, der an der Schwenkwiege 16 angreift, um diese zu verstellen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Axialkolben 10 über Federn 26 in ihre Anlageposition an die Schwenkwiege 16 vorgespannt, auf diese Federn 26 kann jedoch auch verzichtet werden, wenn auf andere Weise für eine sichere Anlage der Kolben an der Schwenkwiege gesorgt ist.
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Erfindungsgemäß wird anstelle einer aufwendigen Wälzlagerung eine Gleitlagerung vorgesehen, wobei zur Schmierung Druckmittel verwendet wird, das sich in einem Gehäuseinnenraum 28 befindet, der wie im Folgenden näher erläutert, in Druckmittelverbindung mit dem Gleitlagerbereich steht.
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Dieser Gleitlagerbereich ist in 2 vergrößert dargestellt. Man erkennt in dieser Darstellung die Schwenkwiege 16, die gleitend auf den in den Gehäusedeckel 22 eingesetzten Lagerschalen 20 abgestützt ist. Diese sind aus einem im Hinblick auf die Tribologie optimierten Material hergestellt, das vorzugsweise weicher ist als das Material, aus dem die Schwenkwiege 16 besteht. Zur Schmiermittelzufuhr sind in einer Lagerfläche 30 der Lagerschale 20 eine Vielzahl von Schmiernuten 32 ausgebildet, die sich zur Schwenkwiege 16 hin öffnen und stirnseitig, das heißt senkrecht zur Zeichenebene in 2 in den Gehäuseinnenraum 28 münden, so dass der Gleitlagerbereich in Druckmittelverbindung mit dem Gehäuseinnenraum 28 steht. Wie im Folgenden erläutert, sind diese Schmiernuten 32 derart ausgebildet, dass eine vollständige Benetzung der Lagerfläche 30 mit Schmiermittel/Druckmittel gewährleistet ist, so bei einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Axialkolbenmaschine gegenüber den eingangs genannten Lösungen die Reibung der Schwenkwiege 16 beim Verstellen minimal ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 erstrecken sich die Schmiernuten 32 senkrecht zur Zeichenebene in 2, das heißt parallel zur Schwenkachse. Die Schmiernuten 32 sind so ausgebildet, dass zwischen zwei jeweils benachbarten Schmiernuten Tragstege 34 stehenbleiben, die in vorbeschriebenen Weise mit dem Schmiermittel benetzt sind.
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3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Gleitlagerung im Bereich einer Schmiernut 32. Man erkennt das Querschnittsprofil, das heißt das Profil senkrecht zur Längserstreckung der Schmiernut 32. Demgemäß ist das Querschnittsprofil ein gleichschenkliges Trapez mit einer etwa tangential verlaufenden Basis 36 und zwei schräg dazu angestellte Schenkeln 38, 40 ausgebildet. Dem entsprechend verbreitert sich das Querschnittsprofil in Richtung zum anderen Lagerteil, im vorliegenden Fall der Schwenkwiege 16. Dem entsprechend verjüngt sich ein Kontakt- oder Lagerspalt 42 ausgehend von der Basis 36 zu den Tragstegen 34 hin. Aufgrund der stirnseitigen Anbindung der Schmiernuten 32 an den Gehäuseinnenraum 28 sind diese stets mit Schmier-/Druckmittel gefüllt.
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Bei einem Schwenkvorgang wird aufgrund des sich verjüngenden Lagerspaltes Schmiermittel in Pfeilrichtung in den Kontaktspalt 42 zwischen den Tragstegen 34 und der Außenumfangsfläche 16 der Schwenkwiege 16 hineingezogen, so dass eine vollständige Benetzung der Tragstege mit Schmiermittel gewährleistet ist. Selbstverständlich kann anstelle der dargestellten Trapezform auch eine andere geeignete Querschnittsform verwendet werden, die das beschriebene Einziehen von Schmiermittel in den Kontaktspalt unterstützt, der sich ausgehend vom vergleichsweise breiten Schmiermittelreservoir der Schmiernut 32 in Richtung zum eigentlichen Kontaktspalt zwischen Tragsteg 34 und Umfangsfläche der Schwenkwiege 16 verjüngt. Durch die beiden schräg angestellten Schenkel 38, 40 ist die Verjüngung des Querschnittsprofils in Richtung zum Kontaktspalt 42 in beiden Schwenkrichtungen ausgebildet.
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Aus Kostengründen werden die Schmiernuten 32 in der Lagerschale 20 durch Prägen ausgebildet. Selbstverständlich kann auch ein anderes Herstellungsverfahren verwendet werden.
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Gemäß der Darstellung in 3 ist eine Tiefe T der Schmiernuten 36 deutlich größer als die Breite S des Kontaktspalts 42 im Bereich der Tragstege 34 ausgebildet. Die Stegbreite, also der Abstand A (siehe 2) zwischen zwei benachbarten Schmiernuten 32 ist so gewählt, dass beim Verschwenken stets eine hinreichende Benetzung der Tragstege 34 mit Schmiermittel gewährleistet ist.
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Wie eingangs erläutert, können die das Schmiermittelreservoir ausbildenden Schmiernuten 32 auch in der Schwenkwiege 16 ausgeführt werden, so dass dann die Lagerfläche an der Lagerschale glattflächig ausgeführt sein kann. Prinzipiell können auch sowohl in der Lagerschale 20 als auch in der Schwenkwiege 16 Schmiermittelreservoirs in der vorbeschriebenen Weise ausgeführt sein.
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Prinzipiell können die Schmiernuten
32 jedoch auch schräg angestellt oder gekrümmt ausgebildet sein, wie es beispielsweise in der eingangs genannten
DE 10 2006 055 161 A1 erläutert ist.
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Schräg gestellte Schmiernuten sind bei dem Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 vorhanden. Außerdem befinden sich bei dem Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 Schmiernuten sowohl in den Lagerschalen als auch in der Schwenkwiege. Aus 4, die eine Draufsicht auf eine kreiszylindrisch gekrümmte Lagerfläche einer Schwenkwiege 16 zeigt, erkennt man, dass die Schmiernuten 32, die in 4 nur als Linien dargestellt sind, mit den parallel zur Schwenkachse der Schwenkwiege verlaufenden Mantellinien ein Winkel β von 10 Grad einschließen, also 10 Grad schräg gestellt sind. Senkrecht zu den Mantellinien 46 beträgt der Abstand der Schmiernuten voneinander etwa 5mm.
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In 5 ist ein Bereich einer Lagerschale 20 im Vergleich zu der Schwenkwiege nach 4 vergrößert dargestellt. Die Ansicht nach 5 erfolgt außerdem parallel zu einer Lagerfläche und nicht senkrecht dazu. Die einen Querschnitt etwa gemäß einem gleichschenkligen Trapez aufweisenden Schmiernuten 32 in der Lagerschale 20 haben an der langen Grundseite eine Breite b von 1mm und eine Tiefe T von 0,5mm. Der Winkel γ zwischen einem Schenkel und einer Senkrechten zur Lagerfläche im Schnittpunkt eines Schenkels mit der Lagerfläche beträgt 30 Grad, der Winkel zwischen der langen Grundseite und einem Schenkel also etwa 60 Grad. Der Winkelabstand δ zwischen zwei der in gleichen Abständen zueinander angeordneten Schmiernuten beträgt 6 Grad. Diese Abmessungen haben auch die Schmiernuten in der Schwenkwiege.
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Die Schmiernuten 32 an der Lagerschale 20 verlaufen im gleichen Maße schräg wie die Schmiernuten an der Schwenkwiege 16., wobei in der jeweiligen Draufsicht auf die Ladefläche der Schwenkwiege und der Lagerschale auch die Richtung der Schrägstellung gleich ist.
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Ist die Schwenkwiege jedoch auf die Lagerschale gesetzt, so die Schmiernuten der Schwenkwiege entgegengesetzt zu den Schmiernuten an der Lagerschale schräg gestellt, so dass sich die Schmiernuten von Lagerschale und Schwenkwiege kreuzen.
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Die Axialkolbenmaschine ist vorzugsweise als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart ausgeführt.
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Offenbart sind eine Axialkolbenmaschine und eine Lagerschale für eine Schwenkwiege einer derartigen Axialkolbenmaschine, wobei in der Lagerschale Schmiernuten ausgeführt sind, deren Querschnittsprofil sich zu einer Lagerfläche hin zumindest abschnittsweise verbreitern.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß der Erfindung ist mit besonderem Vorteil als Komponente eines hydraulischen Hybridantriebs in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftfahrzeug verwendbar, das mit einem Verbrennungsmotor und einem hydraulischen Antriebsstrang inklusive Hydropumpe, Hydrospeicher und einem oder mehreren Hydromotoren zwischen dem Verbrennungsmotor und einer Achse ausgestattet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axialkolbenmaschine
- 2
- Gehäuse
- 4
- Triebwerk
- 6
- Triebwelle
- 8
- Zylindertrommel
- 10
- Axialkolben
- 12
- Arbeitsraum
- 14
- Steuerscheibe
- 16
- Schwenkwiege
- 18
- Gleitscheibe
- 20
- Lagerschale
- 22
- Gehäusedeckel
- 24
- Schwenkwinkelsensor
- 26
- Feder
- 28
- Gehäuseinnenraum
- 30
- Lagerfläche
- 32
- Schmiernut
- 34
- Tragsteg
- 36
- Basis
- 38
- Schenkel
- 40
- Schenkel
- 42
- Lagerspalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006055161 A1 [0002, 0035]
