-
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 Schwenkwiege ist um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert und auf der Schwenkwiege liegt eine Rückhaltescheibe mit Gleitschuhen auf. An den Gleitschuhen sind die Kolben befestigt. Die Rückhaltescheibe mit den Gleitschuhen führt zusammen mit der Zylindertrommel eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse aus und eine ebene Auflagefläche der Schwenkwiege ist dabei in einem spitzen Winkel, zum Beispiel zwischen 0° und +20° und zwischen 0° und –20° als Schwenkwinkel, zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet. Die Gleitschuhe sind mit einer Gleitlagerung, welche im Allgemeinen hydrostatisch entlastet ist, auf der Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert und die Gleitschuhe sind mit der Rückhaltescheibe verbunden.
-
Die Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen sind mittelbar auf der Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert. Im Betrieb der Schrägscheibenmaschine ist die Schwenkwiege in einem spitzen Winkel ausgerichtet, sodass dadurch auf die Gleitschuhe und damit auch auf die Kolben Querkräfte übertragen werden. Diese Kräfte ändern bei der Rotationsbewegung die Größe und die Richtung bezüglich der Zylinderbohrung und dies führt zu einer Taumelbewegung des Kolbens innerhalb der Kolbenbohrung aufgrund eines Spiels zwischen dem Kolben und der Kolbenbohrung. Die Kontaktflächen zwischen der Kolbenlauffläche an den Kolben und der Kolbenbohrungslagerfläche an den Kolbenbohrungen wechseln somit ständig und dies ist ein wichtiger Beitrag zur Schmierung des Kolbens innerhalb der Kolbenbohrung mit Schmiermittel. Das Schmiermittel bildet die Hydraulikflüssigkeit innerhalb eines Arbeitsraums an den Kolbenbohrungen. Bei Schrägscheibenmaschinen mit einer großen Drehzahl von beispielsweise 6000 bis 7000 Umdrehungen pro Minute treten hohe Zentrifugalkräfte auf mit denen die Kolben auf die Kolbenbohrungslagerfläche gedrückt sind. Dies führt zu einem ständigen und dauerhaften Anliegen der Kolbenlauffläche an einem radialen Außenbereich auf der Kolbenbohrungslagerfläche. Bei einem kleinen Schwenkwinkel führen außerdem die Kolben eine geringe axiale Bewegung innerhalb der Kolbenbohrung aus, sodass in der Folge keine ausreichende Versorgung der radialen äußeren Teilbereiche der Kolbenlauffläche mit Schmiermittel mehr möglich ist, weil aufgrund der großen Zentrifugalkräfte die Taumelbewegung im Wesentlichen unterbrochen ist und dadurch eine ständiger Kontakt zwischen der äußeren radialen Teilflächen an den Kolbenlaufflächen und der Kolbenbohrung besteht und aufgrund der geringen axialen Bewegungen der Kolben zu diesen äußeren radialen Teilbereichen der Kolbenlauffläche kein Schmiermittel gelangt.
-
Zwischen einer radialen Außenseite der Zylindertrommel und den Kolbenbohrungen weist die Zylindertrommel eine Restwanddicke auf. Bei einer großen Restwanddicke, welche eine große nachteilige Masse der Zylindertrommel bedingt, weist die Zylindertrommel eine große Steifigkeit im Bereich der Kolbenbohrungen auf, insbesondere auch an den Kolbenbohrungen im Bereich der Restwand zwischen der radialen Außenseite der Zylindertrommel und den Kolbenbohrungen. Dies führt dazu, dass die Kontaktfläche an je einem Kolben im Bereich der Schwenkwiege, d. h. an einer Kontaktfläche an einer der Schwenkwiege zugewandten axialen Hälfte oder axialen Drittel Zylindertrommel, als nur eine hyperbelförmige Kontaktfläche ausgebildet ist. Diese Kontaktfläche weist eine große Ausdehnung in einer Richtung parallel zu einer Längsachse der Kolbenbohrungen auf, so dass bei einer kleinen axialen Bewegung der Kolben diese Kontaktfläche nur unzureichend mit der Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel geschmiert ist. Bei einer kleinen Restwanddicke der Zylindertrommel weist die Zylindertrommel eine kleine Steifigkeit im Bereich der Kolbenbohrungen auf, insbesondere auch an den Kolbenbohrungen im Bereich der Restwand zwischen der radialen Außenseite der Zylindertrommel und den Kolbenbohrungen. Diese kleine Steifigkeit der Zylindertrommel an der Restwand verursacht eine asymmetrische Steifigkeit der Kolbenbohrungslagerfläche mit der Folge, dass an je einem Kolben im Bereich der Schwenkwiege, d. h. an einer Kontaktfläche an einer der Schwenkwiege zugewandten axialen Hälfte oder axialen Drittel Zylindertrommel, zwei getrennte bandförmige Kontaktteilflächen ausgebildet sind. Die Längsrichtungen der beiden bandförmigen Kontaktteilflächen sind im Wesentlichen parallel der Längsachse der Kolbenbohrungen ausgerichtet, so dass bei kleinen axialen Bewegungen der Kolben bei einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege die beiden Kontaktteilflächen nur unzureichend mit Hydraulikflüssigkeit geschmiert sind, weil die axialen Bewegungen der Kolben kleiner sind als die Ausdehnung der Kontaktteilflächen in der Längsrichtung und damit die Kontaktteilflächen von der teilweise gleichen in Kontakt stehenden Kolbenlauffläche und Kolbenbohrungslagerfläche gebildet sind. Dies führt zu einem großen mechanischen Verschleiß der Kolbenlaufflächen und der Kolbenbohrungslagerflächen. Dadurch kann die Lebensdauer der Schrägscheibenmaschine kurz sein.
-
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 und die Zylindertrommel eine zu einer Schwenkwiege zugewandtes erstes axiales Ende und ein zu der Schwenkwiege abgewandtes zweites axiales Ende aufweist, in den Kolbenbohrungen beweglich gelagerte Kolben, so dass je eine Kolbenlauffläche eines Kolbens an je einer Kolbenbohrungslagerfläche einer Kolbenbohrung gelagert ist und zwischen einem einer Schwenkwiege abgewandten axialen Ende je eines Kolbens und je einer Kolbenbohrung ein Arbeitsraum vorhanden ist, eine mit der Zylindertrommel zumindest drehfest verbundene Antriebswelle, welche um die Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagert ist, die um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege mit einer Auflagefläche zur Lagerung der Kolben auf der Auflagefläche, wobei an dem ersten axialen Ende der Zylindertrommel axiale Korrekturaussparungen ausgebildet sind und die axialen Korrekturaussparungen einen größeren radialen Abstand zu der Rotationsachse der Schwenkwiege aufweisen als der minimale radiale Abstand der Kolbenbohrungen zu der Rotationsachse, um die Steifigkeit der Zylindertrommel zu verändern für verbesserte Kontaktflächen zwischen den Kolbenlaufflächen und den Kolbenbohrungslagerflächen und/oder an der radialen Außenseite der Zylindertrommel radiale Korrekturaussparungen ausgebildet sind, um die Steifigkeit der Zylindertrommel zu verändern für verbesserte Kontaktflächen zwischen den Kolbenlaufflächen und den Kolbenbohrungslagerflächen. Die Kontaktflächen zwischen den Kolbenlaufflächen und den Kolbenbohrungslagerflächen weisen im Bereich der Schwenkwiege, das heißt im Bereich eines ersten axialen Endes der Zylindertrommel, zwei getrennte Kontaktteilflächen, nämlich eine erste und zweite Kontaktteilfläche, auf. Die Längsrichtungen dieser beiden Kontaktteilflächen sind in einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtet, sodass auch bei einer geringen axialen Bewegung des Kolbens, das heißt einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege die beiden Kontaktteilflächen eine geringe Ausdehnung in Richtung einer Längsachse der Kolbenbohrungen aufweisen und damit auch bei geringen axialen Bewegungen der Kolben die beiden Kontaktteilflächen mit der Hydraulikflüssigkeit innerhalb der Arbeitsräume bzw. der Kolbenbohrungen als Schmiermittel ausreichend geschmiert sind. Die axialen und/oder radialen Korrekturaussparungen verringern gezielt die Steifigkeit der Kolbenbohrungslagerflächen im Bereich des ersten axialen Endes der Zylindertrommel, sodass dadurch die beschriebenen zwei getrennten Kontaktteilflächen im Bereich des ersten Endes der Zylindertrommel zwischen den Kolbenlaufflächen und den Kolbenbohrungslagerflächen auftreten. In vorteilhafter Weise tritt dadurch an den Kolben und an den Kolbenbohrungen ein geringer mechanischer Verschleiß auf, auch bei einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege und einer großen Drehzahl der Zylindertrommel.
-
In einer ergänzenden Ausführungsform beträgt die axiale Ausdehnung der axialen Korrekturaussparungen weniger als 40 %, 30 %, 20 %, 10 % oder 5 % der axialen Gesamtausdehnung der Zylindertrommel zwischen dem ersten und zweiten axialen Ende der Zylindertrommel und/oder die axialen Korrekturaussparungen sind als axiale Korrekturbohrungen ausgebildet. Die axialen Korrekturaussparungen als axiale Korrekturbohrungen beginnen an dem ersten axialen Ende der Zylindertrommel und weisen bezüglich der Gesamtausdehnung der Zylindertrommel eine kleine axiale Ausdehnung auf. Dadurch tritt eine verkleinerte Steifigkeit der Kolbenbohrungen nur in der Nähe zu dem ersten axialen Ende der Zylindertrommel auf.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist radial zwischen zwei Kolbenbohrungen jeweils wenigstens eine axiale Korrekturaussparung ausgebildet.
-
In einer zusätzlichen Variante weisen die axialen Korrekturaussparungen in einer Richtung senkrecht zu der Rotationsachse der Zylindertrommel einen Abstand zu der radialen Außenseite der Zylindertrommel und zu den Kolbenbohrungen auf. Die axialen Korrekturaussparungen sind somit als Korrekturbohrungen ausgebildet und bedingen keine Veränderung der radialen Außenseite der Zylindertrommel.
-
In einer zusätzlichen Ausführungsform beträgt die axiale Ausdehnung der radialen Korrekturaussparungen weniger als 40 %, 30 %, 20 %, 10 % oder 5 % der axialen Gesamtausdehnung der Zylindertrommel zwischen dem ersten und zweiten axialen Ende der Zylindertrommel.
-
In einer weiteren Variante sind die radialen und/oder axialen Korrekturaussparungen in axialer Richtung, insbesondere ausschließlich, zwischen dem ersten axialen Ende der Zylindertrommel und einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Zylindertrommel ausgebildet und der axiale Abstand der fiktiven Ebene zu dem ersten Ende der Zylindertrommel beträgt weniger als 40%, 30%, 20%, 10% oder 5% der axialen Gesamtausdehnung der Zylindertrommel zwischen dem ersten und zweiten axialen Ende der Zylindertrommel. Die radialen und/oder axialen Korrekturaussparungen sind somit in ihrer axialen Ausdehnung, insbesondere ausschließlich, in der Nähe des ersten axialen Endes der Zylindertrommel vorhanden.
-
In einer ergänzenden Ausführungsform sind die radialen Korrekturaussparungen dahingehend ausgebildet, dass eine radiale Restwanddicke zwischen den Kolbenbohrungen und der radialen Außenseite der Zylindertrommel, insbesondere bei sämtlichen Kolbenbohrungen, an den radialen Korrekturaussparungen kleiner ist als außerhalb der radialen Korrekturaussparungen, insbesondere kleiner ist als 90 %, 70 %, 50 % oder 30 % der radialen Restwanddicke außerhalb der radialen Korrekturaussparungen. Die radiale Restwanddicke ist der minimale radiale Abstand der Kolbenbohrungen zu der radialen Außenseite der Zylindertrommel. Aufgrund der kleinen radialen Restwanddicke an den radialen Korrekturaussparungen kann die Steifigkeit der Kolbenbohrungen verkleinert bzw. entsprechend verändert werden.
-
In einer zusätzlichen Ausführungsform sind die radialen Korrekturaussparungen und/oder axialen Korrekturaussparungen in axialer Richtung beginnend mit dem ersten axialen Ende der Zylindertrommel ausgebildet.
-
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die radiale Außenseite der Zylindertrommel außerhalb der radialen Korrekturaussparungen als ein fiktiver Zylinder ausgebildet und die radiale Ausdehnung der radialen Korrekturaussparungen beginnend mit dem fiktiven Zylinder beträgt wenigstens 1 %, 2 %, 5 %, 10 % oder 20 % des Radius des fiktiven Zylinders.
-
Zweckmäßig sind aufgrund der mit den axialen und/oder radialen Korrekturaussparungen veränderten die Steifigkeit der Zylindertrommel bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine die verbesserten Kontaktflächen zwischen den Kolbenlaufflächen und den Kolbenbohrungslagerflächen an einer Kontaktfläche an einer der Schwenkwiege zugewandten axialen Hälfte oder axialen Drittel Zylindertrommel aus zwei getrennten Kontaktteilflächen an je einen Kolben ausgebildet.
-
In einer ergänzenden Ausführungsform sind die zwei Kontaktteilflächen im Wesentlichen bandförmig ausgebildet mit einer Längsrichtung je einer bandförmigen Kontaktteilfläche und die Ausdehnung der je einen Kontaktteilfläche in der Längsrichtung wesentlich größer, insbesondere um das 2-, 3-, 5- oder 7-Fache größer, ist als senkrecht zu der Längsrichtung.
-
In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Längsrichtungen der beiden Kontaktteilflächen an je einem Kolben bei dem Betrieb der Schrägscheibenmaschine in einem spitzen Winkel, vorzugsweise zwischen 10° und 120°, insbesondere zwischen 20° und 80°, zueinander ausgerichtet. die Längsrichtungen der beiden Kontaktteilflächen sind in einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtet. Die axiale Ausdehnung der beiden Kontaktteilflächen ist damit wesentlich kleiner als die Ausdehnung der beiden Kontaktteilflächen in Richtung der Längsrichtung. Dadurch weisen bei der axialen Bewegung der Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen auch bei kleinen axialen Bewegungen der Koben die Bewegungslängen der Kolben in der axialen Richtung eine größere Ausdehnung auf als die sehr kleine axiale Ausdehnung der beiden Kontaktteilflächen in der axialen Richtung, das heißt einer Richtung parallel zu einer Längsachse der Kolbenbohrung. Dadurch treten an den beiden Kontaktteilflächen ständig unterschiedliche Kolbenlaufflächen in Kontakt mit der Kolbenbohrungslagerfläche an den beiden Kontaktteilflächen, sodass dadurch eine ausreichende Schmierung der beiden Kontaktteilflächen mit der Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel gewährleistet ist. Insbesondere bei großen Drehzahlen der Zylindertrommel und einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege und damit bedingten kleinen axialen Bewegungen der Kolben ist somit eine ausreichende Schmierung der Kolbenlaufflächen an den Kolbenbohrungslagerflächen gewährleistet.
-
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Längsrichtung je einer Kontaktteilfläche an je einem Kolben bei dem Betrieb der Schrägscheibenmaschine in einem spitzen Winkel, vorzugsweise zwischen 5° und 60°, insbesondere zwischen 10° und 40°, zu einer Achse parallel zu einer Längsachse der Kolbenbohrung ausgerichtet.
-
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 Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege.
-
Zweckmäßig umfasst die Schrägscheibenmaschine wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege.
-
In einer weiteren Variante umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Niederdrucköffnung zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen.
-
In einer zusätzlichen Ausführungsform 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 eine Teillängsschnitt einer Zylindertrommel mit einer Kolbenbohrung mit einem Kolben der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
-
4 eine axiale Ansicht der Zylindertrommel an einem ersten axialen Ende der Zylindertrommel der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
-
5 einen Längsschnitt B-B gemäß 4 der Zylindertrommel der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
-
6 eine Ansicht einer Hälfte einer Kolbenbohrungslagerfläche einer Kolbenbohrung an einem ersten axialen Ende der Zylindertrommel der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
-
7 eine Ansicht einer Hälfte der Kolbenbohrungslagerfläche der Kolbenbohrung an einem ersten axialen Ende der Zylindertrommel einer Schrägscheibenmaschine aus dem Stand der Technik und die Zylindertrommel eine große Steifigkeit im Bereich der Kolbenbohrungen aufweist,
-
8 eine Ansicht einer Hälfte der Kolbenbohrungslagerfläche der Kolbenbohrung an einem ersten axialen Ende der Zylindertrommel einer Schrägscheibenmaschine aus dem Stand der Technik und die Zylindertrommel eine kleine Steifigkeit im Bereich der Kolbenbohrungen aufweist und
-
9 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. In die Kolbenbohrungen 6 münden Verbindungsöffnungen 70. Die Längsachsen 35 der Kolben 7 bzw. 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. Das Gehäuse 4 begrenzt flüssigkeitsdicht einen Innenraum 44, der mit Hydraulikflüssigkeit befüllt ist.
-
Die Schwenkwiege 14 weist eine ebene bzw. plane Auflagefläche 18 zur mittelbaren Auflage einer Rückhaltescheibe 37 und zur unmittelbaren Auflage von Gleitschuhen 39 auf. Die Rückhaltescheibe 37 ist mit einer Vielzahl von Gleitschuhen 39 versehen und jeder Gleitschuh 39 ist dabei mit jeweils einem Kolben 7 verbunden. Hierzu weist der Gleitschuh 39 eine Lagerkugel 40 (1) auf, welcher in einer Lagerpfanne 59 an dem Kolben 7 befestigt ist, 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 Kontakt zu der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 stehen, wird die Rückhaltescheibe 37 von einer Druckfeder 41 unter einer Druckkraft auf die Auflagefläche 18 gedrückt.
-
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 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 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.
-
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 der Verbindungsöffnungen 70 an der Hochdrucköffnung 12 mit der Hochdrucköffnung 12 verbunden und bei einer Anordnung der Verbindungsöffnungen 70 an der Niederdrucköffnung 13 mit der Niederdrucköffnung 13 fluidleitend verbunden. Die Kolbenbohrungen 6 und ein der Ventilscheibe 11 zugewandtes axiales Ende 23 der Kolben 7 begrenzen einen Arbeitsraum 36. 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 ausgebildet und eine zweite Seite 65 weist eine Aussparung zur Lagerung der Antriebswelle 9 mit einer weiteren Lagerung 10 auf.
-
Die Rückhaltescheibe 37 ist ringförmig als ebene Scheibe ausgebildet und weist somit eine Öffnung 38 zur Durchführung der Antriebswelle 9 auf. Die Rückhaltescheibe 37 weist acht Bohrungen auf innerhalb deren die Gleitschuhe 39 angeordnet sind, so dass die Gleitschuhe 39 in radialer Richtung, d. h. senkrecht zu einer Längsachse der Bohrungen, bezüglich der Rückhaltscheibe 37 beweglich sind. Die Rückhaltescheibe 37 und die Gleitschuhe 39 sind mehrteilig ausgebildet. Die Anzahl der Bohrungen entspricht der Anzahl der Gleitschuhe 39 und Kolben 7 und in jeder Bohrung ist jeweils ein Gleitschuh 39 befestigt. Die Rückhaltescheibe 37 liegt nicht unmittelbar auf der Auflagefläche 18 auf. Die Schrägscheibenmaschine 1 kann auch ohne der Rückhaltescheibe 37 ausgebildet sein (nicht dargestellt) mit einer Druckfeder 41, welche auf sämtlichen Gleitschuhen 39 gemeinsam oder auf den Gleitschuhen 39 einzeln aufliegt.
-
Die Kolben 7 sind mit einer Kolbenlauffläche 33 an einer Kolbenbohrungslagerfläche 34 an den Kolbenbohrungen 6 gelagert (3). Die Längsachse 35 des Kolbens 7 bzw. der Kolbenbohrung 6 ist dabei im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 ausgerichtet und die Längsachse 35 entspricht einer axialen Richtung 71. Eine tangentiale Richtung 69 entspricht einer Tangente auf die Kolbenlauffläche 33 bzw. die Kolbenbohrungslagerfläche 34 und Tangente liegt in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5. Innerhalb der Kolben 7 ist zentrisch ein Entlastungskanal 43 ausgebildet, welcher zur hydrostatischen Entlastung der Kolbenverbindungsstelle 22 und der Gleitlagerung der Gleitschuhe 39 auf der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 dient. Ein Arbeitsraum 36 ist von einem zu der Schwenkwiege 14 abgewandten axialen Ende 23 des Kolbens 7 und der Kolbenbohrung 6 begrenzt und in den Arbeitsraum 36 mündet je eine Verbindungsöffnung 70.
-
Die Zylindertrommel 5 weist neben dem zweiten axialen Ende 66 an der Ventilscheibe 11 auch ein erstes axiales Ende 17 auf, welches zu der Schwenkwiege 14 zugewandt ist. In die Zylindertrommel 5 sind spanabhebend axiale Korrekturaussparungen 61 als axiale Korrekturbohrungen 61 eingearbeitet und radiale Korrekturaussparungen 62. Die radialen Korrekturaussparungen 62 (3 und 4) sind in einer axialen Richtung 71, das heißt parallel zu der Längsachse 35 der Kolbenbohrungen 6 bzw. parallel zu einer Achse 88 parallel zu der Längsachse 25 ausgerichtet. Die radialen Korrekturaussparungen 62 beginnen mit dem ersten axialen Ende 17 der Zylindertrommel 5 und weisen eine axiale Ausdehnung 74 auf, welche wesentlich kleiner ist als die axiale Gesamtausdehnung 75 der Zylindertrommel 5. Eine fiktive Ebene 76 ist senkrecht zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 ausgerichtet und der Abstand der fiktiven Ebene 76 zu dem ersten axialen Ende 17 der Zylindertrommel 5 beträgt nur 40 % der axialen Gesamtausdehnung 75. Die radialen Korrekturaussparungen 62 sind ausschließlich in der axialen Ausdehnung zwischen dem ersten axialen Ende 17 und der fiktiven Ebene 76 ausgebildet. Aufgrund der radialen Aussparungen 62 tritt an den Kolbenbohrungen 6 im Bereich der radialen Korrekturaussparungen 62 eine kleinere Restwanddicke 78 einer Restwand 77 auf als außerhalb der radialen Korrekturaussparungen 62 (3). Die Restwanddicke 78, das heißt die Ausdehnung der Restwand 77 in einer radialen Richtung 85 ist somit an den radialen Korrekturaussparungen 62 kleiner als außerhalb der radialen Korrekturaussparungen 62. Die radiale Außenseite 86 der Zylindertrommel 5 außerhalb der radialen Korrekturaussparungen 62 entspricht einem fiktiven Zylinder 79 und eine radiale Ausdehnung 87 der radialen Korrekturaussparungen 62 tritt zwischen dem fiktiven Zylinder 79 und der radialen Außenseite 86 der Zylindertrommel 5 an den radialen Korrekturaussparungen 62 auf. Der radiale Abstand 72 der radialen Korrekturaussparungen 62 ist kleiner als der Radius des fiktiven Zylinders, das heißt die radiale Ausdehnung 87 der radialen Korrekturaussparungen 62 entspricht der Differenz aus dem Radius des fiktiven Zylinders 79 und dem radialen Abstand 72 der radialen Korrekturaussparungen 62.
-
In die Zylindertrommel 5 sind außerdem axiale Korrekturaussparungen 61, beginnend mit dem ersten axialen Ende 17 der Zylindertrommel 5 als Sackloch eingearbeitet (4 und 5). Die axiale Ausdehnung 74 der axialen Korrekturaussparungen 61 als axiale Korrekturbohrungen 61 ist dabei wesentlich kleiner als die axiale Gesamtausdehnung 75 der Zylindertrommel 5. Die axialen Korrekturaussparungen 61 sind in einer tangentialen Richtung 69 zwischen zwei Kolbenbohrungen 6 ausgebildet und eingearbeitet und der radiale Abstand 72 der axialen Korrekturaussparungen 61 ist größer als der minimale radiale Abstand 73 der Kolbenbohrungen 6 zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5.
-
Die Zahl der axialen Korrekturaussparungen 61 entspricht der Anzahl der Kolbenbohrungen 6 bzw. Kolben 7 und die Anzahl der radialen Korrekturaussparungen 62 entspricht der Anzahl der Kolbenbohrungen 6 bzw. Kolben 7. Die axialen und radialen Korrekturaussparungen 61, 62 verursachen eine Veränderung der Steifigkeit der Zylindertrommel 5, sodass die Kolbenbohrungen 6 bzw. die Kolbenbohrungslagerflächen 34 im Bereich des ersten axialen Endes 17 der Zylindertrommel 5 eine kleinere Steifigkeit aufweisen als im Bereich des zweiten axialen Endes 66 der Zylindertrommel 5. Die Zylindertrommel 5 weist außerdem auch außerhalb der radialen Korrekturaussparungen 62 eine kleine Restwanddicke 78 auf und dadurch ist in vorteilhafter Weise die Zylindertrommel 5 mit einer geringen Masse ausgebildet. Diese erfindungsgemäße Veränderung der Steifigkeit der Zylindertrommel 5 verursacht, dass die Kontaktfläche 80 im Bereich des ersten Endes 17 der Zylindertrommel 5 aufgeteilt ist in eine erste Kontaktfläche 81 und eine zweite Kontaktfläche 82. Aufgrund der auf die Kolben 7 an der Kolbenverbindungsstelle 22 wirkenden Querkräfte tritt aufgrund des Spiels zwischen der Kolbenlauffläche 33 und der Kolbenbohrungslagerfläche 34 eine geringfügige, in 3 überdimensional dargestellte Schiefstellung der Kolben 7 in den Kolbenbohrungen 6 auf. In 6 ist eine Draufsicht auf eine Hälfte der Kolbenbohrung 6 bzw. der Kolbenbohrungslagerfläche 34 dargestellt. Die erste und zweite Kontaktteilfläche 81, 82 ist dabei bandförmig ausgebildet. Die erste Kontaktfläche 81 weist eine erste Längsrichtung 83 auf und die zweite Kontaktfläche 82 weist eine zweite Längsrichtung 84 auf. Die erste und zweite Längsrichtung 83, 84 ist aufgrund der Krümmung der Kolbenbohrungslagerfläche 34 ebenfalls gekrümmt. Die Achse 88 ist parallel zu der Längsachse 35 der Kolbenbohrung 6 ausgerichtet und die Achse 88 liegt auf der Kolbenbohrungslagerfläche 34 auf. Zwischen der ersten Längsrichtung 83 und der Achse 88 tritt ein erster Winkel γ auf, und zwischen der zweiten Längsrichtung 84 und der Achse 88 tritt ein zweiter Winkel γ auf. Der Winkel γ ist ein spitzer Winkel von ungefähr 30°. Zwischen der ersten und zweiten Längsrichtung 83, 84 tritt ferner der Winkel β auf. Aufgrund dieser Ausrichtung der beiden bandförmigen ersten und zweiten Kontaktflächen 81, 82 weisen die beiden getrennten Kontaktflächen 81, 82 eine geringe Ausdehnung in der axialen Richtung 71 auf. Auch bei kleine axialen Hubbewegungen der Kolben 7, das heißt bei einem kleinen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14, ist die axiale Ausdehnung der beiden getrennten Kontaktteilflächen 81, 82 kleiner als die axialen Hubbewegungen der Kolben 7, sodass auch bei kleinen axialen Hubbewegungen der Kolben 7 ständig unterschiedliche Kolbenlaufflächen 34 in Kontakt mit der Kolbenbohrungslagerfläche 34 an den beiden getrennten Kontaktteilflächen 81, 82 stehen. Die Kolbenbohrungslagerflächen 34 an den beiden getrennten Kontaktteilflächen 81, 82 sind bei der axialen Bewegung der Kolben 7 feststehend bzw. unverändert und liegen auf unterschiedlichen Kolbenlaufflächen 33 auf aufgrund der axialen Bewegung der Kolben 7. Dadurch kann insbesondere auch bei kleinen axialen Bewegungen der Kolben 7 eine ausreichende Schmierung der Kontaktfläche 80 im Bereich des ersten Endes 17 der Zylindertrommel 5 gewährleistet werden.
-
In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Zylindertrommel 5 ausschließlich axiale Korrekturaussparungen 61 und keine radialen Korrekturaussparungen 62 auf. Die erforderliche Veränderung der Steifigkeit der Zylindertrommel 5 kann auch ausschließlich mit axialen Korrekturaussparungen 61 erreicht werden. In einem ergänzenden, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Zylindertrommel 5 ausschließlich radiale Korrekturaussparungen 62 und keine axialen Korrekturaussparungen 61 auf. Die erforderliche Veränderung der Steifigkeit der Zylindertrommel 5 ist ausschließlich mittels der radialen Korrekturaussparungen 62 erreicht.
-
Die axialen Korrekturaussparungen 61 weisen eine beliebige Querschnittsform auf, beispielsweise kreisförmig, ellipsenförmig, dreieckig oder vieleckig. In analoger Weise weisen auch die radialen Korrekturaussparungen 62 in einem Querschnitt eine beliebige Form auf, beispielsweise sind diese V-förmig, quadratisch, rechteckig oder trapezförmig ausgebildet.
-
In 7 ist die Kontaktfläche 80 im Bereich des ersten axialen Endes 17 der Zylindertrommel 5 dargestellt, wie im Stand der Technik bei einer großen Restwanddicke 78 und einer großen Steifigkeit im Bereich der Kolbenbohrungen 6 der Zylindertrommel 5 bei einer hyperbelförmigen Kontaktfläche 80. In 8 ist die Ausbildung der Kontaktfläche 80 bei einer kleinen Restwanddicke 78 dargestellt mit zwei getrennten Kontaktteilflächen 81, 82, deren Längsrichtungen 83, 84 im Wesentlichen parallel zu der Achse 88 bzw. der Längsachse 35 ausgerichtet sind.
-
In 9 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 Zylindertrommel 5 der Schrägscheibenmaschine 1 weist an den radialen Korrekturaussparungen 62 eine kleine Restwanddicke 78 auf und damit eine kleine Masse in vorteilhafter Weise. Aufgrund der axialen und radialen Korrekturaussparungen 61, 62 und der dadurch veränderten Steifigkeit der Zylindertrommel 5 ist die Kontaktfläche 80 in eine erste und zweite Kontaktteilfläche 81, 82 mit einer derartigen geometrischen Ausrichtung ausgebildet, dass auch bei kleinen Hubbewegungen der Kolben 7 in den Kolbenbohrungen 6 die Kolbenlaufflächen 33 und die Kolbenbohrungslagerflächen 34 an den beiden Kontaktteilflächen 81, 82 ständig mit Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel geschmiert sind.
-
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
-
- EP 1013928 A2 [0005]
- CH 405934 [0006]
- DE 2733870 C2 [0007]
