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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.
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Stand der Technik
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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.
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Die Kolben weisen an einer radialen Außenseite eine Kolbenlauffläche auf und mittels der Kolbenlauffläche sind die Kolben an einer Bohrungslagerfläche der Kolbenbohrungen 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 Hubbewegungen aus und aufgrund der großen Drehzahl der Zylindertrommel wirken hohe Zentrifugalkräfte auf die Kolben, welche zusätzliche Druckkräfte zwischen der Kolbenlauffläche und der Bohrungslagerfläche verursachen. Aufgrund der geringen axialen Hubbewegungen in diesen Betriebszuständen der Kolben wird nur wenig Schmieröl, welche von der Hydraulikflüssigkeit gebildet ist, zwischen die Kolbenlauffläche und die Bohrungslagerfläche gefördert. Auch ein größeres Spiel zwischen der Kolbenlauffläche und der Bohrungslagerfläche führt in diesem Betriebszustand nicht zu einer Erhöhung des Schmiermittels, weil die Kolben durch die großen Zentrifugalkräfte radial nach außen auf die Bohrungslagerfläche gedrückt sind und dadurch in diesen Abschnitten als tangentiale Teilabschnitte radial außenseitig an der Kolbenlauffläche große Druckkräfte auftreten bei einer geringen Schmierung und dadurch die Gefahr von Kolbenfressern besteht. Bei Kolbenfressern entsteht durch mangelhafte Schmierung erhöhte Gleitreibung, sodass dadurch die Temperatur der Kolbenlauffläche und der Bohrungslagerfläche stark erhöht wird und dadurch eine Reibschweißung eingeleitet wird und sich dadurch die Kolben fest mit der Bohrungslagerfläche verbinden, so dass die Schrägscheibenmaschine beschädigt wird.
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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.
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Aus der
DE 199 51 211 A1 ist eine Pumpe bekannt. Kolben führen eine oszillierende Axialbewegung aus und die Axialbewegung der Kolben ist über eine feste Verbindung der Kolben zu einer Führungsnut durch einen oder zwei Führungsbolzen geführt.
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Die
DE 10 2009 013 886 A1 zeigt eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einer um eine Drehachse drehbar angeordneten Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben mittels jeweils eines Wälzkörpers an einer huberzeugenden Hubbahn gestützt sind, wobei die Verdrängermaschine mit einer formschlüssigen Niederhalteinrichtung versehen ist, wobei die Niederhalteeinrichtung eine Niederhaltehubbahn aufweist und die Kolben mit der Niederhaltehubbahn in Wirkverbindung stehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe und/oder Axialkolbenmotor, umfassend eine um eine Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen, in den Kolbenbohrungen beweglich gelagerte Kolben, so dass Kolbenlaufflächen der Kolben an Bohrungslagerflächen der Kolbenbohrungen gelagert sind, an den Kolben befestigte Gleitschuhe, 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 Gleitschuhe auf der Auflagefläche, wobei an den Kolben je ein Stift ausgebildet ist und an den Kolbenbohrungen je eine Nut ausgebildet ist oder umgekehrt und je ein Stift in je einer Nut angeordnet ist, so dass aufgrund der Geometrie der Nuten eine Hubbewegung der Kolben eine Rotationsbewegung der Kolben um eine Kolbenbohrungslängsachse verursacht. Aufgrund der Geometrie der Nuten und der Verbindung bzw. Anordnung der Stifte in den Nuten verursacht oder bedingt eine Hubbewegung der Kolben eine Rotationsbewegung der Kolben um die Kolbenlängsachse als Rotationsachse der Kolben. Damit können auch in kritischen Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine, insbesondere bei hohen Drehzahlen der Zylindertrommel und einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege die relativen Rotationsbewegungen der Kolben in den Kolbenbohrungen Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel zu den radialen Außenseiten der Bohrungslagerflächen, insbesondere an axialen Teilabschnitten, gefördert und dadurch eine Schmierung der Gleitlagerung der Kolben an den Kolbenbohrungen auch in diesen schwierigen Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine sicher und zuverlässig gewährleistet werden. Dadurch können in vorteilhafter Weise Kolbenfresser vermieden und die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Schrägscheibenmaschine signifikant verbessert werden.
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Insbesondere besteht eine formschlüssige Verbindung zwischen je einem Stift in je einer Nut und/oder der je eine Stift ist mit einer Gleitlagerung in der je einen Nut gelagert. Die Gleitlagerung zwischen dem Stift und der Nut bzw. der Begrenzung der Nut ist besonders preiswert in der Herstellung. Abweichend hiervon können auch andere Lagerungen des Stiftes an der Nut in Betracht kommen, beispielsweise eine Wälzlagerung.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist je ein Stift in Richtung je einer Nutlängslinie innerhalb der Nut bewegbar. Die Nutlängsachse ist insbesondere dahingehend definiert, dass durch die Nut ein Querschnitt gelegt wird bzw. eine unendliche Anzahl von Querschnitten, anschließend der Zentrumspunkt oder Mittelpunkt des Querschnittes bestimmt wird und die Verbindung dieser Zentrumspunkte der Querschnitte der Nut die Nutlängslinie bilden. Der Zentrumspunkt oder Mittelpunkt ist beispielsweise der Schwerpunkt einer fiktiven infinitesimal dünnen Scheibe an dem Querschnitt mit der Geometrie bzw. Form der Nut.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist an sämtlichen Kolben je ein Stift ausgebildet und an sämtlichen Kolbenbohrungen ist je eine Nut ausgebildet oder umgekehrt.
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Vorzugsweise ist die Nut in Richtung der Nutlängslinie im Wesentlichen als Gerade oder gekrümmte Line, insbesondere Teil eines Kreises, ausgebildet und/oder die Ausdehnung der Nut in Richtung der Nutlängslinie ist größer, insbesondere um das 2-, 3-, 5-, 7-, 10- oder 20-Fache größer, als senkrecht zu der Nutlängslinie. Die Nutlängslinie ist im Wesentlichen als Gerade oder Linie, insbesondere als Teil einer Kreislinie oder als Klothoide, ausgebildet. Abschnitte der Nutlängslinie, die als Gerade ausgebildet sind, sind beispielsweise als Teil einer Kreislinie oder als Klothoide miteinander verbunden.
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In einer Variante ist der Durchmesser oder die Ausdehnung je einer Nut senkrecht zu der Nutlängslinie größer als der Durchmesser des Stiftes in dieser Nut. Der Durchmesser oder die Ausdehnung der jeweiligen Nut senkrecht zu der Nutlängsachse ist nur geringfügig größer als der Durchmesser des Stiftes in dieser Nut, so dass nur ein geringes Spiel zwischen der Begrenzung der Nut und dem Stift besteht.
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Zweckmäßig ist bei einer Ausbildung der Nut an der Bohrungslagerfläche und einer Abwicklung der Bohrungslagerfläche auf eine Ebene die Nutlängslinie der Nut in einem spitzen Winkel, insbesondere zwischen 20° und 70°, zu einer Abwicklungsgeraden ausgerichtet oder bei einer Ausbildung der Nut an der Kolbenlauffläche und einer Abwicklung der Kolbenlauffläche auf eine Ebene ist die Nutlängslinie der Nut in einem spitzen Winkel, insbesondere zwischen 20° und 70°, zu einer Abwicklungsgeraden ausgerichtet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der spitze Winkel zwischen der Nutlängslinie und der Abwicklungsgeraden aufgrund der Geometrie der Nut unterschiedlich.
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Insbesondere verursacht aufgrund der Geometrie der Nut und/oder aufgrund der Geometrie Nutlängslinie in unterschiedlichen Hubpositionen der Kolben ein identischer Hubweg des Kolbens eine unterschiedliche Rotationsbewegung mit einem unterschiedlichen Drehwinkel des Kolbens.
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In einer weiteren Ausgestaltung verursacht aufgrund der Geometrie der Nut und/oder aufgrund der Geometrie Nutlängslinie in einer Hubpositionen der Kolben bei einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege ein identischer Hubweg des Kolbens eine größere Rotationsbewegung mit einem größeren Drehwinkel des Kolbens als bei einem großen Schwenkwinkel der Schwenkwiege. Bei einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege befinden sich die Kolben in mittleren Hubpositionen in den Kolbenbohrungen. Bei einem großen Schwenkwinkel der Schwenkwiege führen die Kolben große Hubbewegungen aus und befinden sich dabei in Hubpositionen mit einem großen und einem kleinen Abstand zu der Schwenkwiege. In den Hubpositionen mit dem kleinen Schwenkwinkel befinden sich die Kolben in Hubpositionen mit einem mittleren Abstand zu der Schwenkwiege zwischen dem großen und dem kleinen Abstand der Kolben zu der Schwenkwiege. Gerade in diesen mittleren Hubpositionen führen die Kolben aufgrund der Geometrie der Nut bzw. der Geometrie der Nutlängslinie auch bei kleinen Hubwegen ausreichend große Drehwinkel als Rotationsbewegungen um die Kolbenlängsachse als Kolbenrotationsachse aus, so dass dadurch auch in diesen kritischen Betriebszuständen bei einem kleinen Schwenkwinkel der Schwenkwiege ausreichend große Rotationsbewegungen des Kolbens relativ zu den Kolbenbohrungen, d. h. Rotationsbewegungen der Kolbenlaufflächen relativ zu den Bohrungslagerflächen, ausgeführt werden und dadurch eine ausreichende Schmierung der Gleitlagerung der Kolbenlaufflächen auf den Bohrungslagerflächen gewährleistet ist.
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In einer ergänzenden Ausführungsform sind die Gleitschuhe mit je einer Kolbenverbindungsstelle mit den Kolben verbunden.
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Zweckmäßig ist als Kolbenverbindungsstelle an den Gleitschuhen je eine Lagerkugel ausgebildet und an den Kolben ist je eine Lagerpfanne ausgebildet oder umgekehrt und die Lagerkugeln sind an den Lagerpfannen gelagert. Die Lagerkugeln und die Lagerpfannen sind dabei wenigstens teilweise sphärisch bzw. kugelförmig ausgebildet.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform sind an der Zylindertrommel Gleitlagerbuchsen befestigt und eine Innenmantelfläche der Gleitlagerbuchsen bildet die Bohrungslagerflächen und begrenzt die Kolbenbohrungen, so dass die Nuten bei einer Ausbildung an den Bohrungslagerflächen in den Gleitlagerbuchsen ausgebildet sind. Die Gleitlagerbuchsen sind beispielsweise aus Messing ausgebildet und die übrige Zylindertrommel aus Stahl.
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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.
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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.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege.
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Zweckmäßig umfasst die Schrägscheibenmaschine wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege.
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In einer weiteren Variante umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Niederdrucköffnung zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Hochdrucköffnung zum Aus- und/oder Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und/oder in die rotierenden Kolbenbohrungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer Schrägscheibenmaschine,
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2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege,
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3 einen Teillängsschnitt der Zylindertrommel sowie der Schwenkwiege an einer Auflagefläche und einen vollständigen Längsschnitt eines Kolbens und eines Gleitschuhes,
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4 eine Abwicklung einer Bohrungslagerfläche einer Kolbenbohrung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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5 die Abwicklung der Bohrungslagerfläche des Kolbens in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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6 einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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. Die Kolbenlängsachsen 36 der Kolbenbohrungen 6 bzw. Kolben 7 sind dabei im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 8 der Antriebswelle 9 bzw. der Zylindertrommel 5 ausgerichtet. In den Kolbenbohrungen 6 ist jeweils ein im Querschnitt kreisförmiger 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.
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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 und 2) 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 und damit auch die Gleitschuhe 39 von einer Druckfeder 41 unter einer Druckkraft auf die Auflagefläche 18 gedrückt.
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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.
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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 und 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 und die Gleitschuhe 39 aufgrund der Druckbeaufschlagung mit der Druckfeder 41 diese Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 mit aus.
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Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2 ist bei konstanter Drehzahl der Antriebswelle 9 der von der Schrägscheibenmaschine 1 geförderte Volumenstrom umso größer, je größer der Betrag des Schwenkwinkels α ist und umgekehrt. Hierzu liegt an dem in 1 rechts dargestellten Ende der Zylindertrommel 5 eine Ventilscheibe 11 auf, mit einer nierenförmigen Hochdrucköffnung 12 und einer nierenförmigen Niederdrucköffnung 13. Die Kolbenbohrungen 6 der rotierenden Zylindertrommel 5 werden somit fluidleitend bei einer Anordnung an der Hochdrucköffnung 12 mit der Hochdrucköffnung 12 verbunden und bei einer Anordnung an der Niederdrucköffnung 13 mit der Niederdrucköffnung 13 fluidleitend verbunden. Bei einem Schwenkwinkel α von 0° und bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 beispielsweise als Axialkolbenpumpe 2 wird trotz einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 keine Hydraulikflüssigkeit von der Axialkolbenpumpe 2 gefördert, da die Kolben 7 keine Hubbewegungen in den Kolbenbohrungen 6 ausführen. Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 sowohl als Axialkolbenpumpe 2 als auch als Axialkolbenmotor 3 weisen die temporär in fluidleitender Verbindung mit der Hochdrucköffnung 12 stehenden Kolbenbohrungen 6 einen größeren Druck an Hydraulikflüssigkeit auf als die Kolbenbohrungen 6, welche temporär in fluidleitender Verbindung mit der Niederdrucköffnung 13 stehen. Ein axiales Ende 66 der der Zylindertrommel 5 liegt auf der Ventilscheibe 11 auf. An einer ersten Seite 64 des Gehäuses 4 bzw. dem Flansch 21 des Gehäuses 4 ist eine Öffnung 63 mit der Lagerung 10 ausgebildet und eine zweite Seite 65 weist eine Aussparung zur Lagerung der Antriebswelle 9 mit einer weiteren Lagerung 10 auf.
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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 36 ist jeweils ein Gleitschuh 39 befestigt. Die Rückhaltescheibe 37 liegt nicht unmittelbar auf der Auflagefläche 18 auf.
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Die Kolben 7 weisen an der zylinderförmigen Außenseite eine zylinderförmige Kolbenlauffläche 33 auf. Die Kolbenbohrungen 6 an der Zylindertrommel 5 weisen als Begrenzungsfläche die im Querschnitt kreisförmigen Bohrungslagerflächen 35 auf. Die Kolben 7 sind somit an den Kolbenlaufflächen 33 mittels einer Gleitlagerung an den Bohrungslagerflächen 35 der Kolbenbohrungen 6 gelagert. Die Kolbenbohrungen 6 und die Kolben 7 weisen dabei die Kolbenlängsachse 36 bzw. Kolbenbohrungslängsachse 36 auf. Aufgrund der zylinderförmigen Kolbenfläche 33 und der zylinderförmigen Bohrungslagerflächen 35 können dadurch die Kolben 7 relativ zu den Kolbenbohrungen 6 eine Rotationsbewegung um die Kolbenlängsachse 36 als eine Kolben-Rotationsachse 36 ausführen. In den Kolben 7 ist eine Entlastungsbohrung 62 eingearbeitet und auch in die Gleitschuhe 39. Durch die Entlastungsbohrung 62 strömt Hydraulikflüssigkeit aus den Kolbenbohrungen 6 als Schmiermittel zur hydrostatischen Entlastung der Kolbenverbindungsstelle 22 und auch zur hydrostatischen Entlastung einer Gleitschuhlagerfläche 34 der Gleitschuhe 39 auf der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14. Die Gleitschuhe 39 liegen mit der kreisförmigen Gleitschuhlagerfläche 34 auf der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 auf.
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An den Kolbenlaufflächen 33 sämtlicher Kolben 7 ist jeweils ein radial ausgerichteter Stift 17 befestigt. An den Bohrungslagerflächen 35 der Kolbenbohrungen 6 ist jeweils eine Nut 23 eingearbeitet und innerhalb der Nuten 23 ist jeweils ein Stift 17 der Kolben 7 angeordnet. Dadurch besteht eine formschlüssige Verbindung 43 als Gleitlagerung zwischen den Nuten 23 bzw. den Begrenzungen den Nuten 23 und den Kolben 7, so dass dadurch die formschlüssige Verbindung 43 gebildet ist. Die Bohrungslagerflächen 35 weisen den Radius r zu der Kolbenbohrungslängsachse 36 auf. Bei einer Abwicklung der im Querschnitt kreisförmigen Bohrungslagerfläche 35 auf eine Ebene ist eine Nutlängslinie 68 als eine Nutlängsgerade in einem Winkel γ gemäß dem in 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel zu einer Abwicklungsgeraden 67 ausgerichtet. Die Ausdehnung der in 4 dargestellten Abwicklung an der Längsseite entspricht dem Umfang von 2πr der Bohrungslagerfläche 35. Die Ausdehnung der Abwicklung an der Breitseite (senkrecht zu Längsseite) entspricht der axialen Länge l der Kolbenbohrung 6. Dabei beträgt der Winkel γ in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der Nutlängslinie 68 als einer Geraden und der Abwicklungsgeraden 67 ungefähr 45°, d. h. γ gleich 45°. Dabei gibt es eine unendliche Anzahl von Abwicklungsgeraden 67, die parallel zueinander ausgerichtet sind innerhalb der Ebene auf die abgewickelt worden ist und bei einer Krümmung der Nutlängslinie 68 ist der Winkel zwischen der Nutlängslinie 68 und der Abwicklungsgeraden 67 dadurch bestimmt, dass am Schnittpunkt zwischen der Abwicklungsgeraden 67 und der Nutlängslinie 68 eine Tangente an die Nutlängslinie 68 gelegt ist und der Winkel ist definiert zwischen dieser Tangente und der Abwicklungsgeraden 67. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Winkel γ im gesamten Bereich der Nut 23 konstant bei γ gleich 45°.
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In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Nut 23 an der Bohrungslagerfläche 35 dargestellt. Die Nut 23 ist in drei Abschnitte unterteilt. Ein mittlerer Abschnitt weist einen Winkel γ zwischen der Abwicklungsgeraden 67 und der Nutlängslinie 68 mit einem Winkel γ gleich 45° auf. An dem mittleren Abschnitt ist die Nutlängslinie 68 als eine Gerade ausgebildet. An zwei Endabschnitten der Nut 23 besteht ein Winkel β von ungefähr 20° zwischen der Nutlängslinie 68 als Geraden und der Abwicklungsgeraden 67. Die beiden Endbereiche und der mittlere Bereich der Nut 23, welche gerade ausgebildet sind, sind durch einen gekrümmten Verbindungsbereich der Nut 23 miteinander verbunden, so dass an dem Verbindungsbereich die Nut 23 und auch die Nutlängslinie 68 gekrümmt sind, d. h. die Nutlängslinie 68 als Teil einer Kreislinie oder als Klothoide ausgebildet ist. Bei einem kleinen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 befindet sich der Stift 17 im mittleren Bereich der Nut 23. Befinden sich die Kolben 7 bei einem großen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 in Hubpositionen mit einem sehr großen und einem sehr kleinen Abstand zu der Schwenkwiege 14, sind die Stifte 17 an den beiden Endbereichen der Nut 23 angeordnet. Dadurch führen bei Hubpositionen der Kolben 7 mit einem kleinen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 die Kolben 7 bei einem identischen Hubweg des Kolbens 7 eine größere Rotationsbewegung mit einem größeren Drehwinkel aus als bei den Hubpositionen der Kolben 7 mit dem sehr großen oder dem sehr kleinen Abstand zu der Schwenkwiege 14. Dadurch ist insbesondere in kritischen Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine 1, d. h. bei einem kleinen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14, eine ausreichend große Rotationsbewegung mit dem großen Drehwinkel des Kolbens 7 gewährleistet und bei den Hubpositionen der Kolben außerhalb der mittleren Hubpositionen führen die Kolben 7 bezüglich eines identischen Hubweges kleinere Rotationsbewegungen mit einem kleinen Drehwinkel aus.
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In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nuten 23 an dem Kolben 7, d. h. an den Kolbenlaufflächen 33 ausgebildet und die Stifte 17 sind an den Kolbenbohrungen 6 der Zylindertrommel 5 befestigt, d. h. sind an den Bohrungslagerflächen 35 angeordnet. Die Funktionsweise dieses nicht dargestellten Ausführungsbeispieles entspricht dabei dem oben dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Schrägscheibenmaschine 1.
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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 47, 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.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 und dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang 45 wesentliche Vorteile verbunden. Aufgrund der Geometrie der Nuten 23 und der Anordnung der Stifte 17 in den Nuten 23 verursacht eine Hubbewegung der Kolben 7 in den Kolbenbohrungen 6 eine Rotationsbewegung der Kolben 7 um die Kolbenlängsachse 36 als der Kolben-Rotationsachse 36. Diese relative Rotationsbewegung zwischen den Kolbenlaufflächen 33 und den Bohrungslagerflächen 35 aufgrund der Kinematik zwischen den Kolben 7 und den Kolbenbohrungen 6 ermöglicht auch in schwierigen Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine 1 eine ausreichende Schmierung der Gleitlagerung zwischen den Kolbenlaufflächen 33 und den Bohrungslagerflächen 35. Bei einer großen Drehzahl der Zylindertrommel 5, beispielsweise von 5000 oder 6000 U/min, und einem kleinen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 werden einerseits die Kolben 7 mit einer großen Zentrifugalkraft radial nach außen auf die Bohrungslagerflächen 35 gedrückt und andererseits führen aufgrund des kleinen Schwenkwinkels α der Schwenkwiege 14 die Kolben 7 in den Kolbenbohrungen 6 kleine Hubbewegungen aus. Aufgrund der relativen Rotationsbewegung der Kolben 7 in den Kolbenbohrungen 6 bei dem kleinen Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 wird durch diese relative Rotationsbewegung der Kolben 7 in den Kolbenbohrungen 6 die Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel zu den radialen Außenseiten der Bohrungslagerflächen 35 gefördert auf denen die Kolben 7 aufgrund der Zentrifugalkraft aufliegen. Dadurch kann auch in kritischen Betriebszuständen der Schrägscheibenmaschine 1 bei einem kleinen Schwenkwinkel α und einer großen Drehzahl der Zylindertrommel 5 eine ausreichende Schmierung der Kolben 7 an den Kolbenbohrungen 6 zuverlässig gewährleistet werden, sodass dadurch das Risiko von Kolbenfressern der Kolben 7 an den Kolbenbohrungen 6 in vorteilhafter Weise im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann. Dadurch kann die Zuverlässigkeit und die Langlebigkeit der Schrägscheibenmaschine 1 wesentlich verbessert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1013928 A2 [0004]
- DE 19951211 A1 [0005]
- DE 102009013886 A1 [0006]
