DE102014211875A1

DE102014211875A1 - Schrägscheibenmaschine

Info

Publication number: DE102014211875A1
Application number: DE102014211875.1A
Authority: DE
Inventors: Timo Nafz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2015-12-24

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) und die Kolbenbohrungen (6) zentrische Längsachsen (35) aufweisen, in den Kolbenbohrungen (6) angeordnete Lagerbuchsen (17), so dass Außenmantelflächen der Lagerbuchsen (17) auf den Kolbenbohrungen (6) aufliegen, in den Lagerbuchsen (17) beweglich gelagerte Kolben (7), so dass je eine Kolbenlauffläche an den Kolben (7) an je einer Buchsenlagerfläche der Lagerbuchse (17) gelagert ist und die Buchsenlagerflächen von den Innenmantelflächen der Lagerbuchsen (17) gebildet sind und bei einer Rotationsbewegung der Zylindertrommel (5) auf die Kolben (7) eine Zentrifugalkraft wirkt, eine zwischen der Außenmantelfläche je einer Lagerbuchse (17) und je einer Kolbenbohrung (6) ausgebildete Aussparung, so dass an der Aussparung zwischen der Lagerbuchse (17) und der Zylindertrommel (5) kein Kontakt besteht, 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) mit einer Auflagefläche (18) zur Lagerung der Kolben (7) auf der Auflagefläche (18), wobei mehrere Kolbenbohrungen (6) und/oder mehrere Lagerbuchsen (17) dahingehend ausgebildet sind, dass hinsichtlich einer Kolbenbohrung (6) und/oder hinsichtlich einer Lagerbuchse (17) die Aussparung (34) in tangentialer Richtung nur teilweise ausgebildet ist.

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. Innerhalb der Kolbenbohrungen sind Lagerbuchsen befestigt die Kolben sind innerhalb der Lagerbuchsen angeordnet und an den Lagerbuchsen gelagert. Die Zylindertrommel ist drehfest 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 aus Stahl weisen an einer radialen Außenseite eine Kolbenlauffläche auf und mittels der Kolbenlauffläche sind die Kolben an Buchsenlagerflächen der Lagerbuchsen aus beispielsweise Messing gelagert als Gleitlagerung. Bei bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei hohen Drehzahlen der Zylindertrommel und einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege, führen die Kolben in den Kolbenbohrungen nur kleine axiale Bewegungen aus und aufgrund der großen Drehzahl der Zylindertrommel wirken hohe Zentrifugalkräfte auf die Kolben, welche zusätzliche Druckkräfte zwischen den Kolbenlaufflächen und den Buchsenlagerflächen verursachen. Aufgrund der geringen axialen Bewegungen in diesen Betriebszuständen der Kolben wird nur wenig Schmieröl, welche von der Hydraulikflüssigkeit gebildet ist, zwischen die Kolbenlauffläche und die Buchsenlagerfläche gefördert. Auch ein größeres Spiel zwischen der Kolbenlauffläche und der Buchsenlagerfläche führt in diesem Betriebszustand nicht zu einer Erhöhung des Schmiermittels, weil die Kolben durch die großen Zentrifugalkräfte radial nach außen auf die Buchsenlagerfläche gedrückt sind und dadurch in diesen Abschnitten als tangentiale Teilabschnitte radial außenseitig an der Kolbenlauffläche große Druckkräfte und damit große Flächenpressungen zwischen den Kolbenlaufflächen und Buchsenlagerflächen auftreten und dadurch die Gefahr von Kolbenfressern besteht. Bei Kolbenfressern entsteht durch mangelhafte Schmierung und großen Flächenpressungen erhöhte Gleitreibung, sodass dadurch die Temperatur der Kolbenlauffläche und der Buchsenlagerfläche stark erhöht wird und dadurch eine Reibschweißung eingeleitet wird und sich dadurch die Kolben fest mit der Buchsenlagerfläche verbinden, so dass die Schrägscheibenmaschine beschädigt wird.
Aus der DE 101 57 248 A1 ist eine Schrägscheibenmaschine mit einem Zylinderblock bekannt. In dem Zylinderblick sind Laufbuchsenlöcher angeordnet, in denen Laufbuchsen sitzen, die Kolbenlöcher umschließen, in denen Kolben hin- und herverschiebbar gelagert sind, wobei die Kolben mit ihren vorderen, in den Zylinderblock eintauchenden Enden Zylinder begrenzen. Die Laufbuchsen weisen jeweils in ihrem dem Zylinder abgewandten Bereich und zumindest im Bereich der den Kolben gegen die Kolbenlochwandung drückenden maximalen Kolbenradialkraft eine axial begrenzte Ausnehmung in ihrer Außenmantelfläche auf. Die Ausnehmung als tangential vollständig umlaufende Ringausnehmung schwächt die Laufbuchse an den tangentialen Bereichen der Laufbuchse an denen die resultierenden Druckkräfte aufgrund der auf die Kolben wirkenden Querkräfte von dem Kolben auf die Laufbuchsen übertragen werden. Bei großen Querkräften, d. h. einem hohen Druck der Hydraulikflüssigkeit an den Kolbenbohrungen, kann dies in nachteiliger Weise zu einem Bruch der Laufbuchse und damit einem Versagen der Schrägscheibenmaschine führen.
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 Kolbenbohrungen zentrische Längsachsen aufweisen, in den Kolbenbohrungen angeordnete Lagerbuchsen, so dass Außenmantelflächen der Lagerbuchsen auf den Kolbenbohrungen aufliegen, in den Lagerbuchsen beweglich gelagerte Kolben, so dass je eine Kolbenlauffläche an den Kolben an je einer Buchsenlagerfläche der Lagerbuchse gelagert ist und die Buchsenlagerflächen von den Innenmantelflächen der Lagerbuchsen gebildet sind und bei einer Rotationsbewegung der Zylindertrommel auf die Kolben eine Zentrifugalkraft wirkt, eine zwischen der Außenmantelfläche je einer Lagerbuchse und je einer Kolbenbohrung ausgebildete Aussparung, so dass an der Aussparung zwischen der Lagerbuchse und der Zylindertrommel kein Kontakt besteht, eine mit der Zylindertrommel zumindest drehfest verbundene Antriebswelle, welche um die Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagert ist, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege mit einer Auflagefläche zur Lagerung der Kolben auf der Auflagefläche, wobei mehrere Kolbenbohrungen und/oder mehrere Lagerbuchsen dahingehend ausgebildet sind, dass hinsichtlich einer Kolbenbohrung und/oder hinsichtlich einer Lagerbuchse eine fiktive Ebene senkrecht zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet ist und eine Basis-Halbgerade in der fiktiven Ebene liegt und ein Anfangspunkt der Basis-Halbgeraden ein Punkt der Längsachse der Kolbenbohrung ist und die Basis-Halbgerade in Richtung der auf den Kolben wirkenden Zentrifugalkraft ausgerichtet ist und zwei Winkel in der fiktiven Ebene zwischen der Basis-Halbgeraden und zwei Zusatz-Halbgeraden aufgespannt sind und die zwei Zusatz-Halbgeraden in der fiktiven Ebene liegen und die Anfangspunkte der zwei Zusatz-Halbgeraden Punkte der Längsachse der Kolbenbohrungen sind und die Aussparung in der fiktiven Ebene zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden ausgebildet ist, so dass die Flächenpressung aufgrund der auf die Kolben wirkenden Zentrifugalkraft zwischen den Kolbenlaufflächen der Kolben und den Buchsenlagerflächen der Lagerbuchsen verkleinert wird aufgrund einer großen lokalen Nachgiebigkeit der Buchsenlagerflächen in radialer Richtung zu den Aussparungen und/oder mehrere Kolbenbohrungen und/oder mehrere Lagerbuchsen dahingehend ausgebildet sind, dass hinsichtlich einer Kolbenbohrung und/oder hinsichtlich einer Lagerbuchse die Aussparung in tangentialer Richtung nur teilweise ausgebildet ist im Bereich einer Geraden in Richtung der auf die Kolben wirkenden Zentrifugalkräfte. Der Bereich ist zwischen den beiden Zusatz-Halbgeraden und/oder die tangentiale Richtung ist in der fiktiven Ebene. Die auf die Kolben einwirkende Zentrifugalkraft bei einer Rotationsbewegung der Zylindertrommel ist in Richtung der Basis-Halbgeraden ausgerichtet, sodass dadurch die Richtung der Zentrifugalkraft, welche auf die Kolben wirkt, einen Winkel bezüglich der Basis-Halbgeraden von 0° aufweist. Die Aussparung zwischen der Außenmantelfläche der Lagerbuchse und der Kolbenbohrung ist zwischen den beiden Zusatz-Halbgeraden ausgebildet, sodass dadurch im Bereich der Aussparung die Buchsenlagerfläche lokal eine größere Nachgiebigkeit aufweist als außerhalb der Aussparungen. Die hohe Flächenpressung an der Buchsenlagerfläche und der Kolbenlauffläche aufgrund der großen Zentrifugalkräfte bei einer großen Drehzahl der Zylindertrommel können dadurch auf einen größeren Bereich der Kolbenlauffläche und der Buchsenlagerfläche verteilt werden, sodass dadurch aufgrund der Zentrifugalkräfte, welche auf die Kolben wirken, geringe maximale Flächenpressungen aufgrund der Zentrifugalkräfte zwischen den Kolbenlaufflächen und den Buchsenlagerflächen auftreten. Dadurch kann die Gefahr eines Kolbenfressers wesentlich verringert werden aufgrund der kleineren maximalen Flächenpressungen zwischen den Buchsenlagerflächen und den Kolbenlaufflächen aufgrund der auf die Kolben wirkenden Zentrifugalkräfte.
In einer zusätzlichen Ausführungsform betragen die zwei Winkel +40° und –40°, vorzugsweise +40° und –30°, vorzugsweise +30° und –40°, vorzugsweise +25° und –25°, vorzugsweise +20° und –20°, insbesondere +15° und –15°, und die Aussparungen sind ausschließlich in den fiktiven Ebenen zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden ausgebildet, so dass die auf die Lagerbuchsen an den Buchsenlagerflächen von den Kolbenlaufflächen aufgebrachten resultierenden Druckkräfte aufgrund der auf die Kolben an den Kolbenverbindungsstellen zwischen den Kolben und Gleitschuhen wirkenden Querkräfte ohne Aussparungen von den Lagerbuchsen in radialer Richtung bezüglich der Längsachse der Kolbenbohrungen von den Lagerbuchsen auf die Zylindertrommel übertragbar sind. Bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege α von ungleich 0°, beispielsweise einem Schwenkwinkel α der Schwenkwiege von 10°, wirken auf die Kolbenverbindungsstellen der Kolben Querkräfte in der gleichen Richtung. Die Querkräfte sind eine Folge des Schwenkwinkels der Schwenkwiege, das heißt, dass die Auflagefläche der Schwenkwiege in einem Winkel ungleich 90° zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet ist, sofern die Längsachsen der Kolbenbohrungen parallel zu der Rotationsachse der Zylindertrommel sind und aufgrund der axialen Druckkräfte, die die Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen auf die Kolben aufbringt. Dabei sind die Querkräfte der Kolben in Kolbenbohrungen mit einer fluidleitenden Verbindung der Kolbenbohrungen zu der Hochdrucköffnung wesentlich größer als die Querkräfte bei einer fluidleitenden Verbindung der Kolbenbohrung zu der Niederdrucköffnung, sodass nur die Querkräfte betrachtet werden, die resultieren bei einer fluidleitenden Verbindung der Kolbenbohrungen zu der Hochdrucköffnung. Aufgrund der Rotationsbewegung der Zylindertrommel sind die zwischen den Kolbenlaufflächen und den Buchsenlagerflächen wirkenden Kräfte aufgrund der Querkräfte, welche an den Kolbenverbindungsstellen auf die Kolben aufgebracht werden, beispielsweise in einem Winkelbereich von +20° bis +160° ausgerichtet für einen Winkel beginnend an der Basis-Halbgeraden. Diese resultierenden Kräfte als Querkräfte zwischen den Kolbenlaufflächen und den Buchsenlagerflächen als Resultierende aufgrund der auf die Kolbenverbindungsstellen wirkenden Querkräfte sind somit im Wesentlichen bzw. überwiegend außerhalb der Aussparungen ausgerichtet, da die Aussparungen ausschließlich zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden ausgerichtet sind. Die großen Querkräfte bei einer fluidleitenden Verbindung der Kolbenbohrungen zu der Hochdrucköffnung verursachen große Querkräfte zwischen den Kolbenlaufflächen und den Buchsenlagerflächen. In diesem Bereich sind jedoch keine Aussparungen zwischen der Außenmantelfläche der Lagerbuchse und den Kolbenbohrungen vorhanden, sodass dadurch die Lagerbuchsen unmittelbar auf der Zylindertrommel an den Kolbenbohrungen aufliegen können. Dadurch besteht aufgrund dieser großen Querkräfte zwischen den Kolbenlaufflächen und den Buchsenlagerflächen keine Gefahr eines Bruches der Lagerbuchse aufgrund dieser großen Querkräfte zwischen den Kolbenlaufflächen und den Buchsenlagerflächen.
In einer zusätzlichen Ausführungsform sind sämtliche Kolbenbohrungen und/oder sämtliche Lagerbuchsen dahingehend ausgebildet, dass hinsichtlich einer Kolbenbohrung und/oder hinsichtlich einer Lagerbuchse eine fiktive Ebene senkrecht zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet ist und eine Basis-Halbgerade in der fiktiven Ebene liegt und ein Anfangspunkt der Basis-Halbgeraden ein Punkt der Längsachse der Kolbenbohrung ist und die Basis-Halbgerade in Richtung der auf den Kolben wirkenden Zentrifugalkraft ausgerichtet ist und zwei Winkel in der fiktiven Ebene zwischen der Basis-Halbgeraden und zwei Zusatz-Halbgeraden aufgespannt sind und die zwei Zusatz-Halbgeraden in der fiktiven Ebene liegen und die Anfangspunkte der zwei Zusatz-Halbgeraden Punkte der Längsachse der Kolbenbohrungen sind und die Aussparung in der fiktiven Ebene zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden ausgebildet ist.
In einer weiteren Variante schneidet die fiktive Ebene die Aussparung, insbesondere schneidet die fiktive Ebene die Aussparung an einer maximalen radialen Ausdehnung der Aussparung in der fiktiven Ebene, und in einem Teil der fiktiven Ebene zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden ist die Aussparung ausgebildet und außerhalb dieses Teiles in einem anderen Teil der fiktiven Ebene besteht ein, insbesondere vollständiger, Kontakt zwischen der Außenmantelfläche der Lagerbuchse und der Kolbenbohrung und/oder keine Aussparung ist ausgebildet und/oder die fiktive Ebene schneidet die Aussparung und in einem Teil der fiktiven Ebene zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden ist die Aussparung ausgebildet und/oder besteht kein Kontakt zwischen der Außenmantelfläche der Lagerbuchse und der Kolbenbohrung und/oder die fiktive Ebene schneidet die Aussparung, vorzugsweise mehrere Aussparungen, insbesondere sämtliche Aussparungen und/oder mehrere fiktive Ebenen in einem axialen Abstand zueinander schneiden die Aussparung, vorzugsweise mehrere Aussparungen, insbesondere sämtliche Aussparungen.
In einer ergänzenden Variante sind die Aussparungen an den Außenmantelflächen der Lagerbuchsen ausgebildet.
Zweckmäßig sind die Aussparungen an den Kolbenbohrungen der Zylindertrommel ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausgestaltung sind die Aussparungen in einer axialen Richtung der Kolbenbohrungen nur teilweise ausgebildet.
In einer zusätzlichen Variante sind die Aussparungen in der axialen Richtung der Kolbenbohrungen nur an der der Schwenkwiege zugewandten Hälfte der Lagerbuchsen und/oder Kolbenbohrungen ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Lagerbuchsen ein der Schwenkwiege zugewandtes erstes axiales Ende und ein der Schwenkwiege abgewandtes zweites axiales Ende auf und der axiale Abstand der Aussparungen von dem ersten axialen Ende beträgt wenigstens 3 %, 5 % oder 10 % der axialen Gesamtausdehnung der Lagerbuchsen. Die Aussparungen weisen somit in der axialen Richtung einen Abstand zu dem ersten axialen Ende auf. Dadurch kann einerseits keine Hydraulikflüssigkeit zwischen die Lagerbuchsen und die Kolbenbohrungen eindringen und andererseits sind dadurch die Aussparungen in einer axialen Richtung in Bereichen ausgebildet, an denen lokal in axialer Richtung die größten Flächenpressungen von den Kolben auf die Lagerbuchsen übertragen werden.
In einer ergänzenden Variante weisen die Lagerbuchsen ein der Schwenkwiege zugewandtes erstes axiales Ende und ein der Schwenkwiege abgewandtes zweites axiales Ende auf und der axiale Abstand der Aussparungen von dem zweiten axialen Ende der Lagerbuchsen beträgt wenigstens 30 %, 50 % oder 60 % der axialen Gesamtausdehnung der Lagerbuchsen.
In einer ergänzenden Variante sind die Aussparungen in einem Schnitt senkrecht und/oder parallel zu der Längsachse der Kolbenbohrungen an den Außenmantelflächen der Lagerbuchsen konkav gekrümmt ausgebildet und/oder die Aussparungen sind in einem Schnitt senkrecht und/oder parallel zu der Längsachse der Kolbenbohrungen an den Kolbenbohrungen der Zylindertrommel konkav gekrümmt ausgebildet.
Vorzugsweise beträgt die axiale Gesamtausdehnung der Aussparungen weniger als 40 %, 30 %, 20 % oder 10 % der der axialen Gesamtausdehnung der Lagerbuchsen.
In einer ergänzenden Ausgestaltung beträgt die radiale maximale Ausdehnung der Aussparungen wenigstens 10 %, 20 %, 30 % oder 50 % der maximalen radialen Wanddicke der Lagerbuchsen zwischen den Kolben und der Zylindertrommel.
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.
Zweckmäßig ist zwischen einem einer Schwenkwiege abgewandten axialen Ende der Kolben und den Kolbenbohrungen ein Arbeitsraum vorhanden.
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,
2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege,
3 einen Teillängsschnitt einer Zylindertrommel der Schrägscheibenmaschine gemäß 1,
4 eine axiale Vorderansicht der Zylindertrommel der Schrägscheibenmaschine gemäß 3,
5 eine Teilquerschnitt der Zylindertrommel gemäß 3 mit einer Schnittebene als einer in 3 abgebildeten fiktiven Ebene,
6 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 kreisförmigen Querschnitt eingearbeitet. In die Kolbenbohrungen 6 münden Bohrungsöffnungen 77. 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 der Zylindertrommel 5 aus Stahl sind mittels einer Pressverbindung zylinderförmige Lagerbuchsen 17 aus Messing befestigt. Die Lagerbuchsen 17 weisen eine Innenmantelfläche 61 als eine Buchsenlagerfläche 61 auf und eine Außenmantelfläche 62. Die Außenmantelfläche 62 liegt aufgrund der Pressverbindung auf der Zylindertrommel 5 an der Kolbenbohrung 6 auf. Die Kolbenlaufflächen 33 der Kolben 7 liegen auf den Buchsenlagerflächen 61 der Lagerbuchse 17 auf, so dass die Kolben 7 mit einer Gleitlagerung an den Lagerbuchsen 17 gelagert sind und axial beweglich sind in Richtung der Längsachse 35 der Kolbenbohrung 6 und der Kolben 7. 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 Messebene (nicht dargestellt) 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. Ein Entlastungskanal 43 mündet an einem zu der Schwenkwiege 14 abgewandten und der Ventilscheibe 11 zugewandten axialen Ende 23 des Kolbens 7 in einen Arbeitsraum 36. Der Entlastungskanal 43 dient zur hydrostatischen Entlastung der Kolbenverbindungsstelle 22 und zur hydrostatischen Entlastung der Gleitlagerung der Gleitschuhe 39 auf der Auflagefläche 18.
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 der Zylindertrommel 5 auf und die Ventilscheibe 11 weist eine nierenförmige Hochdrucköffnung 12 und eine nierenförmige Niederdrucköffnung 13 auf. Die Kolbenbohrungen 6 der rotierenden Zylindertrommel 5 werden somit fluidleitend bei einer Anordnung der Bohrungsöffnungen 77 an der Hochdrucköffnung 12 mit der Hochdrucköffnung 12 verbunden und bei einer Anordnung der Bohrungsöffnungen 77 an der Niederdrucköffnung 13 mit der Niederdrucköffnung 13 fluidleitend verbunden. Bei einer Anordnung der Bohrungsöffnungen 77 an dem Hochdruck- und Niederdrucköffnungswinkel γ, d. h. in einer Drehwinkellage zwischen der Hoch- und Niederdrucköffnung 12, 13 weisen die Bohrungsöffnungen 77 keinen fluidleitende Verbindung zu der Hoch- und Niederdrucköffnung 12, 13 (2) auf. Die Bohrungsöffnungen 77 weisen einen wesentlich kleineren Durchmesser auf als die Lagerbuchsen 17 an der Innenmantelfläche 61. Die Kolbenbohrungen 6 und ein der Ventilscheibe 11 zugewandtes axiales Ende der Kolben 7 begrenzen den 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.
Bei der Rotationsbewegung der Zylindertrommel 5 um die Rotationsachse 10 stehen die Bohrungsöffnungen 77 entweder mit der Hochdrucköffnung 12 oder mit der Niederdrucköffnung 13 in fluidleitender Verbindung. Die Bohrungsöffnungen 77 weisen dabei einen wesentlich kleineren Durchmesser auf als die Kolbenbohrungen 6 und außerdem einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Innenmantelflächen 61 der Lagerbuchsen 17. Der Druck der Hydraulikflüssigkeit an der Hochdrucköffnung 12 ist wesentlich größer als der Druck der Hydraulikflüssigkeit an der Niederdrucköffnung 13, beispielsweise beträgt der Druck der Hydraulikflüssigkeit an der Hochdrucköffnung 400 bar und der Druck der Hydraulikflüssigkeit an der Niederdrucköffnung 4 bis 5 bar. Aufgrund der in den Arbeitsräumen 6 vorhandenen Hydraulikflüssigkeit und dem Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen 6 wirkt auf die axialen Enden 23 der Kolben 7, welcher abgewandt sind zu der Schwenkwiege 14, der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen 6. Die Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen 6 bringt damit auf die Kolben 7 eine Druckkraft in Richtung der Längsachse 35 auf, welche die Kolben 7 in Richtung zu der Schwenkwiege 14 drückt. Diese Druckkraft, welche auf die Kolben 7 wirkt, wird von den Gleitschuhen 39 auf die Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 aufgebracht. Bei einem Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 von ungleich 0° führt dies zu Querkräften an den Gleitschuhen 39, welche an den Kolbenverbindungsstellen 22 auf die Kolben 7 übertragen werden. Je größer dabei der Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 ist, desto größer sind die Querkräfte und je größer der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen 36 ist, desto größer sind die Querkräfte an den Kolben 7 und umgekehrt. Aufgrund des wesentlich größeren Druckes der Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen 36 bei einer fluidleitenden Verbindung der Hochdrucköffnung 12 mit den Arbeitsräumen 36 bzw. den Kolbenbohrungen 6 können die Querkräfte, welche auf die Kolben 7 wirken, bei der fluidleitenden Verbindung der Arbeitsräume 36 mit der Niederdrucköffnung 13 vernachlässigt werden im Vergleich zu den Querkräften, welche auf die Kolben 7 wirken bei der fluidleitenden Verbindung der Arbeitsräume 36 mit der Hochdrucköffnung 12.
Die auf die Kolben 7 wirkende Zentrifugalkraft F_Z steht senkrecht auf der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel und die Zentrifugalkräfte F_Z, welche auf die Kolben 7 wirken, sind in 4 eingezeichnet. Die auf die Kolben 7 wirkende Querkraft Q ist für sämtlichen Kolben 7 in die gleiche Richtung gerichtet. Dabei werden nur diejenigen Querkräfte Q der Kolben 7 berücksichtigt, bei denen eine fluidleitende Verbindung der Kolbenbohrungen 6 bzw. der Arbeitsräume 6 mit der Hochdrucköffnung 12 besteht, das heißt, nur die Querkräfte Q für die in 4 an der linken Hälfte der Zylindertrommel 5 angeordneten Kolben 7.
Die Kolbenbohrungen 6 weisen eine Aussparung 34 auf (3 und 5) und auch die Außenmantelflächen 62 der Lagerbuchsen 17 weisen jeweils eine Aussparung 34 auf. Dabei fluchten die Aussparungen 34 an den Kolbenbohrungen 6 mit den Aussparungen 34 an den Außenmantelflächen 62 der Lagerbuchsen 17. Abweichend hiervon können die Aussparungen 34 auch nur an den Kolbenbohrungen 6 oder nur an den Außenmantelflächen 62 der Lagerbuchsen 17 ausgebildet sein (nicht dargestellt). Eine fiktive Ebene 67 senkrecht zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 schneidet die Aussparungen 34 und die in 3 dargestellte fiktive Ebene 67 ist zugleich die Schnittebene für den Querschnitt einer in 5 dargestellten Kolbenbohrung 6. Eine Basis-Halbgerade 68 steht senkrecht auf der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 und ist in der fiktiven Ebene 67 angeordnet, das heißt die Basis-Halbgerade 68 ist in Richtung der auf die Kolben 7 wirkenden Zentrifugalkraft F_Z ausgerichtet. Ein Anfangspunkt 69 der Basis-Halbgeraden 68 ist ein Punkt der Längsachse 35 der Kolbenbohrungen 6. Zwei Zusatz-Halbgeraden 70 sind ebenfalls innerhalb bzw. in der fiktiven Ebene 67 angeordnet und weisen als Anfangspunkt 69 die Längsachse 35 der Kolbenbohrungen 6 auf. Der erste Winkel β₁ wird somit von der Basis-Halbgeraden 68 und der in 5 links dargestellten Zusatz-Halbgeraden 70 aufgespannt und der zweite Winkel β₂ wird von der Basis-Halbgeraden 68 und der in 5 rechts dargestellten Zusatz-Halbgeraden 70 aufgespannt. Die beiden Winkel β₁ und β₂ liegen dabei innerhalb bzw. in der fiktiven Ebene 67 senkrecht zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5. Der Winkel β₁ beträgt dabei +20° und der Winkel β₂ –20°. In einer tangentialen Richtung 73 bezüglich der Kolbenbohrungen 6 sind dabei die Aussparungen 34 ausschließlich zwischen den beiden Zusatz-Halbgeraden 70 ausgebildet. Ein Winkelbereich φ in einer Ebene innerhalb der fiktiven Ebene 67 beginnt an dem in 5 dargestellten rechten Zusatz-Halbgeraden 70, das heißt beginnt bezüglich der Basis-Halbgeraden 68 mit einem Winkel von 20° und endet bezüglich der Basis-Halbgeraden 68 bei einem Winkel von +160°, sodass der Winkelbereich φ einen Winkelbereich von 140° zwischen +20° und +160° umfasst. Die auf die Kolben 7 wirkenden Querkräfte Q wirken überwiegend an dem Winkelbereich φ zwischen den Kolben 7 und den Lagerbuchsen 17. An diesem Winkelbereich φ sind jedoch keine Aussparungen 34 ausgebildet, sodass dadurch diese großen Kräfte aufgrund der Querkraft Q, welche von den Kolben 7 auf die Lagerbuchsen 17 übertragen werden, ohne den Aussparungen 34 von der Außenmantelfläche 62 der Lagerbuchse 17 ohne Unterbrechung durch die Aussparung 34 auf die Zylindertrommel 5 an den Kolbenbohrungen 6 übertragen werden kann. Dadurch besteht bei großen Querkräften aufgrund großer Drücke an Hydraulikflüssigkeit in den Kolbenbohrungen 6 bzw. den Arbeitsräumen 36 und einem großen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 nicht die Gefahr eines Bruches der Lagerbuchsen 17.
Die maximale radiale Ausdehnung der Aussparungen 34 in einer radialen Richtung 72 senkrecht zu der Längsachse 35 beträgt ca. 30 % einer radialen Wanddicke 78 der Lagerbuche 17 in der radialen Richtung 72. In der axialen Richtung 71 sind die Aussparungen 34 ebenfalls konkav gekrümmt ausgebildet. Abweichend hiervon können die Aussparungen 34 auch rechteckförmig oder trapezförmig in einem Längsschnitt in Richtung der Längsachse 35 ausgebildet sein (nicht dargestellt). In einer axialen Richtung 71 in Richtung der Längsachse 35 der Kolbenbohrung 6 sind die Aussparungen 34 nur in einem Teilbereich ausgebildet.
Die Lagerbuchse 17 weist ein erstes axiales Ende 74 auf, welche der Schwenkwiege 14 zugewandt ist und ein zweites axiales Ende 75 auf, welches der Schwenkwiege 14 abgewandt ist. Die axiale Gesamtausdehnung 76 der Lagerbuchse 17 tritt zwischen dem ersten und zweiten axialen Ende 74, 75 auf. Der Abstand der Aussparungen 34 zu dem ersten axialen Ende 74 beträgt ungefähr 20 % der axialen Gesamtausdehnung 76 und der Abstand zu dem zweiten axialen Ende 75 beträgt ungefähr 60 % der axialen Gesamtausdehnung 76 der Lagerbuchse 17. Die axiale Ausdehnung der Aussparungen 34 in der axialen Richtung 71 beträgt somit ungefähr 20 % der axialen Gesamtausdehnung 76 der Lagerbuchse 17.
In 6 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 Aussparungen 34 sind in einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse 8, das heißt an der fiktiven Ebene 67 als Schnittebene, nur zwischen den beiden Zusatz-Halbgeraden 70 ausgebildet. Außerhalb des tangentialen Bereiches zwischen den beiden Zusatz-Halbgeraden 70 sind keine Aussparungen 34 vorhanden, sodass außerhalb des Bereiches innerhalb der fiktiven Ebene 67 zwischen den beiden Zusatz-Halbgeraden 70 die Außenmantelflächen 62 unmittelbar auf der Zylindertrommel 5 bei den Kolbenbohrungen 6 aufliegen. Die Aussparungen 34 sind in ihrer tangentialen Ausrichtung in der tangentialen Richtung 73 dort ausgebildet, wo die größten Flächenpressungen bzw. Druckkräfte zwischen den Kolbenlaufflächen 33 und den Buchsenlagerflächen 61 aufgrund der auf die Kolben 7 wirkenden Zentrifugalkräfte F_Z einwirken. Die Aussparungen 34 bewirken eine größere lokale Nachgiebigkeit der Buchsenlagerflächen 61, sodass dadurch die auftretenden maximalen Flächenpressungen aufgrund der Zentrifugalkräfte F_Z zwischen den Kolbenlaufflächen 33 und den Buchsenlagerflächen 61 reduziert sind. An dem Winkelbereich φ in dem Schnitt mit der fiktiven Ebene 67 als Schnittebene, treten überwiegend die von den Kolben 7 auf die Lagerbuchsen 17 übertragenen Querkräfte Q auf. In diesem Winkelbereich φ sind die Aussparungen 34 nicht ausgebildet, sodass dadurch die Querkräfte Q von dem Kolben 7 auf die Lagerbuchsen 17 und von den Lagerbuchsen 17 auf die Zylindertrommel 5 ohne Unterbrechung bzw. Überbrückung mit den Aussparungen 34 zu übertragen sind, sodass dadurch auch bei großen Drücken von Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen 36 und einem großen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 nicht die Gefahr eines Bruches der Lagerbuchsen 17 besteht. Aufgrund der Aussparungen 34 können auch bei großen Drehzahlen der Zylindertrommel 5 die maximalen und hieraus resultierenden Flächenpressungen zwischen den Kolben 7 und den Lagerbuchsen 17 reduziert werden, sodass dadurch die hieraus resultierende Gefahr von Kolbenfressern deutlich reduziert werden kann aufgrund der kleinen maximalen Flächenpressungen auch bei großen Zentrifugalkräften F_Z.
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 10157248 A1 [0004]

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) und die Kolbenbohrungen (6) zentrische Längsachsen (35) aufweisen, – in den Kolbenbohrungen (6) angeordnete Lagerbuchsen (17), so dass Außenmantelflächen (62) der Lagerbuchsen (17) auf den Kolbenbohrungen (6) aufliegen, – in den Lagerbuchsen (17) beweglich gelagerte Kolben (7), so dass je eine Kolbenlauffläche (33) an den Kolben (7) an je einer Buchsenlagerfläche (61) der Lagerbuchse (17) gelagert ist und die Buchsenlagerflächen (61) von den Innenmantelflächen (61) der Lagerbuchsen (17) gebildet sind und bei einer Rotationsbewegung der Zylindertrommel (5) auf die Kolben (7) eine Zentrifugalkraft wirkt, – eine zwischen der Außenmantelfläche (62) je einer Lagerbuchse (17) und je einer Kolbenbohrung (6) ausgebildete Aussparung (34), so dass an der Aussparung (34) zwischen der Lagerbuchse (17) und der Zylindertrommel (5) kein Kontakt besteht, – 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) mit einer Auflagefläche (18) zur Lagerung der Kolben (7) auf der Auflagefläche (18), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kolbenbohrungen (6) und/oder mehrere Lagerbuchsen (17) dahingehend ausgebildet sind, dass hinsichtlich einer Kolbenbohrung (6) und/oder hinsichtlich einer Lagerbuchse (17) eine fiktive Ebene (67) senkrecht zu der Rotationsachse (8) der Zylindertrommel (5) ausgerichtet ist und eine Basis-Halbgerade (68) in der fiktiven Ebene (67) liegt und ein Anfangspunkt (69) der Basis-Halbgeraden (68) ein Punkt der Längsachse (35) der Kolbenbohrung (6) ist und die Basis-Halbgerade (68) in Richtung der auf den Kolben (7) wirkenden Zentrifugalkraft ausgerichtet ist und zwei Winkel (β₁, β₂) in der fiktiven Ebene zwischen der Basis-Halbgeraden (68) und zwei Zusatz-Halbgeraden (70) aufgespannt sind und die zwei Zusatz-Halbgeraden (70) in der fiktiven Ebene (67) liegen und die Anfangspunkte (69) der zwei Zusatz-Halbgeraden (70) Punkte der Längsachse (35) der Kolbenbohrungen (6) sind und die Aussparung (34) in der fiktiven Ebene (67) zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden (70) ausgebildet ist, so dass die Flächenpressung aufgrund der auf die Kolben (7) wirkenden Zentrifugalkraft zwischen den Kolbenlaufflächen (33) der Kolben (7) und den Buchsenlagerflächen (61) der Lagerbuchsen (17) verkleinert wird aufgrund einer großen lokalen Nachgiebigkeit der Buchsenlagerflächen (61) in radialer Richtung zu den Aussparungen (34).
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Winkel (β₁, β₂) +40° und –40°, vorzugsweise +20° und –20°, insbesondere +15° und –15°, betragen und die Aussparungen (34) ausschließlich in den fiktiven Ebenen (67) zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden (70) ausgebildet sind, so dass die auf die Lagerbuchsen (17) an den Buchsenlagerflächen (61) von den Kolbenlaufflächen (33) aufgebrachten resultierenden Druckkräfte aufgrund der auf die Kolben (7) an den Kolbenverbindungsstellen (22) zwischen den Kolben (7) und Gleitschuhen (39) wirkenden Querkräfte ohne Aussparungen (34) von den Lagerbuchsen (17) in radialer Richtung bezüglich der Längsachse (35) der Kolbenbohrungen (6) von den Lagerbuchsen (17) auf die Zylindertrommel (5) übertragbar sind.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Kolbenbohrungen (6) und/oder sämtliche Lagerbuchsen (17) dahingehend ausgebildet sind, dass hinsichtlich einer Kolbenbohrung (6) und/oder hinsichtlich einer Lagerbuchse (17) eine fiktive Ebene (67) senkrecht zu der Rotationsachse (8) der Zylindertrommel (5) ausgerichtet ist und eine Basis-Halbgerade (68) in der fiktiven Ebene (67) liegt und ein Anfangspunkt (69) der Basis-Halbgeraden (68) ein Punkt der Längsachse (35) der Kolbenbohrung (6) ist und die Basis-Halbgerade (68) in Richtung der auf den Kolben (7) wirkenden Zentrifugalkraft ausgerichtet ist und zwei Winkel (β₁, β₂) in der fiktiven Ebene (67) zwischen der Basis-Halbgeraden (68) und zwei Zusatz-Halbgeraden (70) aufgespannt sind und die zwei Zusatz-Halbgeraden (70) in der fiktiven Ebene liegen und die Anfangspunkte (69) der zwei Zusatz-Halbgeraden (70) Punkte der Längsachse (35) der Kolbenbohrungen (6) sind und die Aussparung (34) in der fiktiven Ebene (67) zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden (70) ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fiktive Ebene (67) die Aussparung (34) schneidet und in einem Teil der fiktiven Ebene (67) zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden (70) die Aussparung (34) ausgebildet ist und außerhalb dieses Teiles in einem anderen Teil der fiktiven Ebene (67) ein, insbesondere vollständiger, Kontakt zwischen der Außenmantelfläche (62) der Lagerbuchse (17) und der Kolbenbohrung (6) besteht und/oder keine Aussparung (34) ausgebildet ist und/oder die fiktive Ebene (67) die Aussparung (34) schneidet und in einem Teil der fiktiven Ebene (67) zwischen den zwei Zusatz-Halbgeraden (70) die Aussparung (34) ausgebildet ist und/oder kein Kontakt zwischen der Außenmantelfläche (62) der Lagerbuchse (17) und der Kolbenbohrung (6) besteht und/oder die fiktive Ebene (67) die Aussparung (34), vorzugsweise mehrere Aussparungen (34), insbesondere sämtliche Aussparungen (34), schneidet, und/oder mehrere fiktive Ebenen (67) in einem axialen Abstand zueinander die Aussparung (34), vorzugsweise mehrere Aussparungen, insbesondere sämtliche Aussparungen (34), schneiden.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (34) an den Außenmantelflächen (62) der Lagerbuchsen (17) ausgebildet sind.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (34) an den Kolbenbohrungen (6) der Zylindertrommel (5) ausgebildet sind.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (34) in einer axialen Richtung (71) der Kolbenbohrungen (6) nur teilweise ausgebildet sind.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (34) in der axialen Richtung (71) der Kolbenbohrungen (6) nur an der der Schwenkwiege (14) zugewandten Hälfte der Lagerbuchsen (17) und/oder Kolbenbohrungen (6) ausgebildet sind.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (17) ein der Schwenkwiege (14) zugewandtes erstes axiales Ende (74) und ein der Schwenkwiege (14) abgewandtes zweites axiales Ende (75) aufweisen und der axiale Abstand der Aussparungen (34) von dem ersten axialen Ende wenigstens 3%, 5% oder 10% der axialen Gesamtausdehnung (76) der Lagerbuchsen (17) beträgt.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (17) ein der Schwenkwiege (14) zugewandtes erstes axiales Ende (74) und ein der Schwenkwiege (14) abgewandtes zweites axiales Ende (75) aufweisen und der axiale Abstand der Aussparungen (34) von dem zweiten axialen Ende (75) der Lagerbuchsen (17) wenigstens 30%, 50% oder 60% der axialen Gesamtausdehnung (76) der Lagerbuchsen (17) beträgt.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (34) in einem Schnitt senkrecht und/oder parallel zu der Längsachse (35) der Kolbenbohrungen (6) an den Außenmantelflächen (62) der Lagerbuchsen (17) konkav gekrümmt ausgebildet sind und/oder die Aussparungen (34) in einem Schnitt senkrecht und/oder parallel zu der Längsachse (35) der Kolbenbohrungen (6) an den Kolbenbohrungen (6) der Zylindertrommel (5) konkav gekrümmt ausgebildet sind.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Gesamtausdehnung der Aussparungen (34) weniger als 40%, 30%, 20% oder 10% der der axialen Gesamtausdehnung (76) der Lagerbuchsen (17) beträgt.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale maximale Ausdehnung der Aussparungen (34) wenigstens 10%, 20%, 30% oder 50% der maximalen radialen Wanddicke der Lagerbuchsen (17) zwischen den Kolben (7) und der Zylindertrommel (5) beträgt.
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.