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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
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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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Zur abwechselnden und temporären fluidleitenden Verbindung der Kolbenbohrung mit der Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck oder unter Niederdruck umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Ventilscheibe mit einer nierenförmigen Hochdrucköffnung und einer nierenförmigen Niederdrucköffnung. Während der Rotationsbewegung der Zylindertrommel gelangen dadurch die Kolbenbohrungen abwechselnd mit der Hochdrucköffnung und der Niederdrucköffnung in fluidleitender Verbindung. An der Ventilscheibe sind Steuerkerben ausgebildet, welches jeweils in die Hochdrucköffnung und in die Niederdrucköffnung münden. Die Steuerkerben dienen dazu, um einerseits bei der beginnenden Befüllung und Anordnung einer Kolbenbohrung an der Hochdrucköffnung einen zu schnellen Druckanstieg bzw. Druckschläge in der Kolbenbohrung zu vermeiden, sodass dadurch zunächst erst ein geringerer Volumenstrom durch die Steuerkerbe als Druckkerbe in die Kolbenbohrung einströmt und somit ein langsamerer Druckanstieg in der Kolbenbohrung erreicht werden kann. Dies gilt analog auch für Saugkerben, welche in die Niederdrucköffnung münden, um einen langsamen Druckabfall der Kolbenbohrungen zu Beginn der fluidleitenden Verbindung mit der Niederdrucköffnung zu erreichen. Die Steuerkerben werden mittels Umfangsschleifen oder Umfangsfräsen hergestellt. Bei der Herstellung der Steuerkerben mittels Umfangsschleifen oder Umfangsfräsen kann in nachteiliger Weise nur eine geringe Genauigkeit der Ausbildung oder Geometrie der Steuerkerben erreicht werden. Beim Umfangsschleifen oder Umfangsfräsen ist die Bearbeitungsrotationsachse des rotierenden Werkzeugs im Wesentlichen parallel zu einer Lagerfläche der Ventilscheibe ausgerichtet. An der Lagerfläche liegt die Ventilscheibe auf einem axialen Ende der Zylindertrommel auf.
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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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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe und/oder Axialkolbenmotor mit den Schritten: zur Verfügung stellen einer Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen und die Kolbenbohrungen in Hydrauliköffnungen münden, zur Verfügung von in den Kolbenbohrungen beweglich zu lagernde Kolben, zur Verfügung stellen einer mit der Zylindertrommel drehfest zu verbindende Antriebswelle, zur Verfügung stellen einer um eine Schwenkachse verschwenkbar zu lagernde Schwenkwiege mit einer Auflagefläche zur Lagerung der Kolben auf der Auflagefläche, zur Verfügung stellen einer Ventilscheibe mit einer Hochdrucköffnung und einer Niederdrucköffnung sowie mit einer Lagerfläche zur Auflage auf die Zylindertrommel, Einarbeiten wenigstens einer Steuerkerbe in die Ventilscheibe für die Hochdrucköffnung und/oder Niederdrucköffnung mit einem Werkzeug, so dass das Werkzeug und die Ventilscheibe relativ zueinander eine Rotationsbewegung um eine Bearbeitungsrotationsachse während des Einarbeitens ausführen, Montieren der Zylindertrommel, der Kolben, der Antriebswelle, der Ventilscheibe und der Schwenkwiege zu der Schrägscheibenmaschine, wobei die wenigstens eine Steuerkerbe in die Ventilscheibe eingearbeitet wird indem die Bearbeitungsrotationsachse im Wesentlichen senkrecht zu der Lagerfläche ausgerichtet wird oder ist. Aufgrund der Ausrichtung der Bearbeitungsrotationsachse im Wesentlichen senkrecht zu der Lagerfläche, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20°, 10° oder 5° zu einer senkrechten Ausrichtung, kann die Steuerkerbe in vorteilhafter Weise besonders exakt in die Ventilscheibe, im Allgemeinen aus Metall, insbesondere Stahl, eingearbeitet werden. Aufgrund der größeren Genauigkeit kann dadurch die Steuerkerbe mit geringeren Fertigungstoleranzen hergestellt werden und dadurch der hydraulische Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine in vorteilhafter Weise erhöht werden.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform wird während des Einarbeitens der wenigstens einen Steuerkerbe die Rotationsbewegung um die Bearbeitungsrotationsachse von dem Werkzeug ausgeführt und/oder während des Einarbeitens der wenigstens einen Steuerkerbe ist die Ventilscheibe feststehend, so dass das Werkzeug und die Ventilscheibe relativ zueinander eine Rotationsbewegung um eine Bearbeitungsrotationsachse während des Einarbeitens ausführen. Abweichend hiervon kann das Werkzeug feststehend sein und die Ventilscheibe führt während des Einarbeitens der wenigstens einen Steuerkerbe die Rotationsbewegung aus.
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In einer ergänzenden Variante wird die wenigstens eine Steuerkerbe mit dem Werkzeug spanabhebend eingearbeitet und/oder nach dem Montieren liegt die Ventilscheibe an der Lagerfläche auf einem axialen Ende der Zylindertrommel auf. Die Lagerfläche der Ventilscheibe entspricht dabei einer fiktiven Lagerebene und die fiktive Lagerebene liegt bei einer fertig hergestellten Schrägscheibenmaschine auf der Lagerfläche der Ventilscheibe und dem axialen Ende der Zylindertrommel auf. Die Steuerkerbe kann dabei auch vorzugsweise mittels Schleifen eingearbeitet werden.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird die wenigstens eine Steuerkerbe mittels Fräsen, insbesondere Profilfräsen, von einem Fräswerkzeug eingearbeitet und/oder die wenigstens eine Steuerkerbe wird an der Lagerfläche der Ventilscheibe eingearbeitet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Bearbeitungsrotationsachse im Wesentlichen, das heißt mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20°, 10° oder 5°, senkrecht zu der Lagerfläche bzw. der fiktiven Lagerebene ausgerichtet.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird die wenigstens eine Steuerkerbe mittels Bohren von einem Bohrer als Bohrwerkzeug eingearbeitet.
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Zweckmäßig wird wenigstens eine in die Hochdrucköffnung mündende Druckkerbe als Steuerkerbe eingearbeitet und/oder wird wenigstens eine in die Niederdrucköffnung mündende Saugkerbe als Steuerkerbe eingearbeitet.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung wird die Steuerkerbe als ein Sackloch im Bereich eines ersten Endes der Steuerkerbe eingearbeitet und wird als eine Drosselnut eingearbeitet und die Drosselnut mündet in die Hoch- oder Niederdrucköffnung an einem zweiten Ende als Mündungsende in die Hoch- oder Niederdrucköffnung. Die Strömungsquerschnittsfläche der Drosselnut ist kleiner als die des Sackloches.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die Steuerkerbe dahingehend eingearbeitet, dass die Strömungsquerschnittsfläche der Steuerkerbe konstant ist.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform wird die Steuerkerbe dahingehend eingearbeitet, dass die Strömungsquerschnittsfläche der Steuerkerbe zwischen einem ersten Ende der Steuerkerbe und einem zweiten Ende als Mündungsende der Steuerkerbe in einen Mittelabschnitt der Steuerkerbe kleiner ist als im Bereich des ersten oder zweiten Endes der Steuerkerbe.
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Vorzugsweise wird die Schrägscheibenmaschine mit wenigstens einem Pre-Compression-Volume zur Verfügung gestellt und in die Ventilscheibe wird wenigstens eine Steuerbohrung für das wenigstens eine Pre-Compression-Volume eingearbeitet. Bei einer Bewegung einer Kolbenbohrung zur fluidleitenden Verbindung mit der Hochdrucköffnung gelangt die Kolbenbohrung zuerst mit der Steuerbohrung für das Pre-Compression-Volume in fluidleitender Verbindung und später oder gleichzeitig mit der Druckkerbe. Das Pre-Compression-Volume wird mittels einer Kulissensteuerung dahingehend befüllt, dass bei einer fluidleitenden Verbindung der Kolbenbohrung zu dem Pre-Compression-Volume keine fluidleitende Verbindung des Pre-Compression-Volumes zu der Hochdrucköffnung bzw. einem Hochdruckanschluss der Schrägscheibenmaschine besteht. Dies gilt analog auch für die Niederdrucköffnung. Sofern die fluidleitende Verbindung zuerst mit dem Pre-Compression-Volume ausgeführt wird, kann somit mittels des Pre-Compression-Volumes ein erster geringerer Druckanstieg in der Kolbenbohrung ausgeführt werden und erst anschließend erfolgt der Druckanstieg aufgrund der fluidleitenden Verbindung durch die Druckkerbe sowie darauffolgend bei der weiteren Rotationsbewegung der Kolbenbohrung durch das Überstreichen der Kolbenbohrung bzw. einer Hydrauliköffnung mit der Hochdrucköffnung. Dies gilt analog auch für die Niederdrucköffnung.
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Erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe und/oder Axialkolbenmotor, umfassend eine um eine Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen und die Kolbenbohrungen in Hydrauliköffnungen münden, in den Kolbenbohrungen beweglich gelagerte Kolben, 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, eine Ventilscheibe mit einer Hochdrucköffnung und einer Niederdrucköffnung sowie mit wenigstens einer in die Hoch- und/oder Niederdrucköffnung mündenden Steuerkerbe und die Zylindertrommel mit einem axialen Ende auf einer Lagerfläche der Ventilscheibe aufliegt, so dass bei einer Rotationsbewegung der Zylindertrommel die Kolbenbohrungen der rotierenden Zylindertrommel durch die Hydrauliköffnungen abwechselnd fluidleitend bei einer Anordnung an der Hochdrucköffnung mit der Hochdrucköffnung verbunden sind und bei einer Anordnung an der Niederdrucköffnung mit der Niederdrucköffnung fluidleitend verbunden sind, wobei die wenigstens eine Steuerkerbe an der Ventilscheibe mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
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In einer ergänzenden Ausführungsform liegt eine fiktive Lagerebene auf der Lagerfläche der Ventilscheibe und/oder auf dem axialen Ende der Zylindertrommel auf und die Riefen oder Rillen, welche bei der Einarbeitung mit dem Werkzeug entstehen, an der Seitenfläche der Steuerkerbe in einem im Wesentlichen konstanten Abstand, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20%, 10% oder 5%, zu der Lagerebene ausgerichtet sind.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Strömungsquerschnittsfläche der Steuerkerbe konstant und/oder die Strömungsquerschnittsfläche der Steuerkerbe ist zwischen einem ersten Ende der Steuerkerbe und einem zweiten Ende als Mündungsende der Steuerkerbe in einem Mittelabschnitt der Steuerkerbe kleiner als im Bereich des ersten oder zweiten Endes der Steuerkerbe und/oder die Schrägscheibenmaschine umfasst wenigstens ein Pre-Compression-Volume und in die Ventilscheibe ist wenigstens eine Steuerbohrung für das wenigstens eine Pre-Compression-Volume eingearbeitet.
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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 und/oder es wird eine Wiegenlagerung zur Verfügung gestellt.
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Zweckmäßig umfasst die Schrägscheibenmaschine wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege und/oder es wird wenigstens eine Schwenkeinrichtung zur Verfügung gestellt.
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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 und/oder es wird eine Niederdrucköffnung zur Verfügung gestellt.
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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 und/oder es wird eine Hochdrucköffnung zur Verfügung gestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine ein Gehäuse und/oder es wird ein Gehäuse zur Verfügung gestellt.
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Vorzugsweise ist die Ventilscheibe ein gesondertes Bauteil in Ergänzung zu dem Gehäuse oder die Ventilscheibe ist einteilig mit bzw. an dem Gehäuse ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform führt während des Einarbeitens der Steuerkerbe das Werkzeug eine Eigenrotationsbewegung um die Bearbeitungsrotationsachse aus und zusätzlich führt das Werkzeug oder die Ventilscheibe eine Vorschubbewegung in Längsrichtung der herzustellenden Steuerkerbe aus. Die Vorschubbewegung in Längsrichtung ist beispielsweise eine Translationsbewegung oder eine Schwenkbewegung mit einem Schwenkmittelpunkt an der Rotationsachse der Zylindertrommel bezüglich der späteren Anordnung der Ventilscheibe in der Schrägscheibenmaschine. Die Vorschubbewegung ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Bearbeitungsrotationsachse ausgerichtet.
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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 eine Ansicht der Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine gemäß 1 an einer der Zylindertrommel zugewandten Seite als Lagerfläche,
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4 eine Ansicht der Steuerkerbe in einem ersten Ausführungsbeispiel der Ventilscheibe,
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5 eine Ansicht einer Steuerkerbe in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Ventilscheibe,
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6 einen Längsschnitt B-B der Ventilscheibe gemäß 3 im Bereich einer Steuerkerbe,
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7 einen Querschnitt C-C der Steuerkerbe gemäß 4 und eines Fräswerkzeuges zur Herstellung der Steuerkerbe,
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8 einen Querschnitt D-D der Steuerkerbe gemäß 4 und
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9 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 vorzugsweise 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. Die Längsachsen 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.
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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) 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.
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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 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.
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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 66 der Zylindertrommel 5 eine Ventilscheibe 11 mit einer Lagerfläche 61 auf dem Ende 66 der Zylindertrommel 5 auf. Die Ventilscheibe 11 weist eine nierenförmigen Hochdrucköffnung 12 und eine nierenförmigen Niederdrucköffnung 13 auf. 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 ist jeweils ein Gleitschuh 39 befestigt. Die Rückhaltescheibe 37 liegt nicht unmittelbar auf der Auflagefläche 18 auf.
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Die Kolbenbohrungen 6 münden in Hydrauliköffnungen 74 und die Hydrauliköffnungen 74 weisen einen kleineren Durchmesser auf als die Kolbenbohrungen 6. An dem axialen Ende 66 der Zylindertrommel 5, welches auf der Lagerfläche 61 der Ventilscheibe 11 aufliegt, sind somit die Hydrauliköffnungen 74 vorhanden. Eine fiktive Lagerebene 62 (1) liegt auf der Lagerfläche 61 auf und auf dem axialen Ende 66 der Zylindertrommel 5 auf. Das axiale Ende 66 ist abgewandt zu der Schwenkwiege 14 und zugewandt zu der Ventilscheibe 11 und liegt auf der Ventilscheibe 11 auf. Die Hochdrucköffnung 12 ist von Stegen 78 unterbrochen, sodass dadurch die Hochdrucköffnungen 12 aus einer Vielzahl von Teilhochdrucköffnungen 12 ausgebildet ist. Die Stege 78 haben keine hydraulische Funktion und weisen einen kleineren Durchmesser auf als die Hydrauliköffnungen 74. Die Funktion der Stege 78 besteht lediglich darin, aufgrund des hohen Drucks der Hydraulikflüssigkeit an der Hochdrucköffnung 12 die radiale Steifigkeit und den radialen Zusammenhalt der Ventilscheibe 11 zu gewährleisten. An den umlaufenden Enden der Hochdrucköffnung 12 und der Niederdrucköffnung 13 sind jeweils Steuerkerben 33 ausgebildet. An der Hochdrucköffnung 12 sind somit jeweils zwei Steuerkerben 33 als Druckkerben 34 und an der Niederdrucköffnung 13 zwei Steuerkerben 33 als Saugkerben 35 ausgebildet (3).
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Die Steuerkerben 33 sind nutförmig bzw. lediglich als Aussparungen ausgebildet, das heißt, weisen lediglich eine Öffnung zu der Lagerfläche 61 auf, jedoch keine Öffnung zu der der Lagerfläche 61 gegenüberliegenden Seite der Ventilscheibe 11 (6).
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In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Steuerkerbe 33 dargestellt. Die Steuerkerbe 33 weist ein erstes Ende 67, abgewandt zu der Hoch- oder Niederdrucköffnung 12 oder 13 auf und ein zweites Ende 68 als ein Mündungsende 68, welches in die Hoch- oder Niederdrucköffnung 12, 13 mündet. Die Steuerkerbe 33 ist im Bereich des ersten Endes 67 als ein Sackloch 69 ausgebildet und anschließend als eine Drosselnut 70 in Trapezform. In 7 ist ein Schnitt C-C gemäß 4 dargestellt und in 8 ist ein Schnitt D-D gemäß 4 abgebildet. Die Strömungsquerschnittsfläche der Steuerkerbe 33 nimmt dabei in Längsrichtung in Richtung zu dem zweiten Ende 68 zu und wird auch von der fiktiven Lagerebene 62 begrenzt. Die Steuerkerbe 33 wird mittels eines Werkzeugs 23, nämlich eines Fräswerkzeugs 36, spanabhebend hergestellt. Zuerst wird mit einem Bohrer (nicht dargestellt) das Sackloch 69 der Steuerkerbe 33 eingearbeitet.
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Anschließend ist beim weiteren Einarbeiten der übrigen Steuerkerbe 33 die Ventilscheibe 11 feststehend und das Fräswerkzeug 36 führt eine Rotationsbewegung um die Bearbeitungsrotationsachse 43 aus. Zusätzlich wird das Fräswerkzeug 36 in Längsrichtung der Steuerkerbe 33, das heißt in Richtung von dem ersten Ende 67 zu dem zweiten Ende 68, bewegt auf einer Kreisbahn als Vorschubbewegung mit dem Zentrum als der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5. Dadurch wird die Steuerkerbe 33 hergestellt und die Steuerkerbe 33 ist von zwei Seitenflächen 75 und einer Bodenfläche 76 an der Ventilscheibe 11 begrenzt. Aufgrund der Rotationsbewegung des Fräswerkzeugs 36 um die Bearbeitungsrotationsachse 43 entstehen an den Seitenflächen 75 mikroskopisch kleine Riefen oder Rillen 77, welche im Allgemeinen mit dem freien Auge nicht sichtbar sind. Beispielsweise jedoch mittels eines Mikroskops können die Riefen 77 oder die Rillen 77 optisch erkannt werden. Aufgrund der Rotationsbewegung des Fräswerkzeugs 36 um die Bearbeitungsrotationsachse 43 ist der Abstand der Riefen 77 oder der Rillen 77 zu der fiktiven Lagerebene 62 im Wesentlichen konstant. Die Bodenfläche 76 weist im Allgemeinen auch Riefen oder Rillen auf, welche jedoch in 7 oder 8 nicht dargestellt sind. Die Riefen 77 oder Rillen 77 sind in 7 und 8 stark vergrößert und nicht wirklichkeitsgetreu dargestellt. Beim Überstreichen der Hydrauliköffnungen 74 gelangen diese zuerst in fluidleitender Verbindung mit dem Sackloch 69 der Steuerkerbe 33, sodass dadurch die Hydraulikflüssigkeit von der Hochdrucköffnung 12 durch die Drosselnut 70 der Steuerkerbe 33 gemäß 4 in das Sackloch 69 strömen kann und von dem Sackloch 69 in die Kolbenbohrung 6 durch die Hydrauliköffnung 74. Dabei wird in der Anfangsphase dieser fluidleitenden Verbindung somit zunächst sehr schnell das gesamte Sackloch 69 an einer Hydrauliköffnung 74 angeordnet und zur Begrenzung der Strömung dient die Strömungsquerschnittsfläche an der Drosselnut 70. Dies gilt analog und umgekehrt für die Ausbildung der Steuerkerbe 33 an einer Niederdrucköffnung 13.
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In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Steuerkerbe 33 dargestellt. Die Steuerkerbe 33 weist in Längsrichtung von dem ersten Ende 67 zu dem zweiten Ende 68 an einem Mittelabschnitt 71 eine zunehmende Strömungsquerschnittsfläche auf. Beim Überstreichen einer Hydrauliköffnung 74 der Steuerkerbe 33, welche in eine Hochdrucköffnung 12 mündet, nimmt somit die der Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stehende Strömungsquerschnittsfläche mit Beginn der fluidleitenden Verbindung, das heißt mit dem Beginn des Überstreichens der Hydrauliköffnung 74 von der Steuerkerbe 33, die Strömungsquerschnittsfläche zum Leiten von Hydraulikflüssigkeit von der Hochdrucköffnung 12 in die Hydrauliköffnung 74 konstant zu. Die Strömungsquerschnittsfläche an dem Mittelabschnitt 71 ist kleiner als die Strömungsquerschnittsfläche im Bereich des zweiten Endes 68 der Steuerkerbe 33.
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An der Ventilscheibe 11 sind außerdem Steuerbohrungen 73 ausgebildet. Die Steuerbohrungen 73 stehen in fluidleitender Verbindung mit einer Kammer als einem Pre-Compression-Volume 72 jeweils für die Hochdrucköffnung 12 bzw. einem Hochdruckanschluss 79 und für die Niederdrucköffnung 13 bzw. einen Niederdruckanschluss 80. Aufgrund der Anordnung der Steuerbohrungen 73 erfolgt beim Überstreichen der Hydrauliköffnungen 74 zuerst die fluidleitende Verbindung durch die Steuerbohrung 73 zu dem Pre-Compression-Volume 72. Das Pre-Compression-Volume 72 ist mit einer Kulissensteuerung dahingehend gesteuert, dass während der fluidleitenden Verbindung der Hydrauliköffnung 74 bzw. der Kolbenbohrung 6 zu dem Pre-Compression-Volume 72 das Pre-Compression-Volume 72 keine fluidleitende Verbindung zu dem Hochdruckanschluss 79 aufweist. Dadurch erfolgt zu Beginn des Befüllens der Hydraulikbohrungen 6 mit Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck zunächst teilweise das Befüllen mittels Hydraulikflüssigkeit aus dem Pre-Compression-Volume 72 und einem dadurch verbundenen Druckabfall in dem Pre-Compression-Volume 72 aufgrund der fehlenden fluidleitenden Verbindung zu dem Hochdruckanschluss 79. Dies gilt analog auch für das Pre-Compression-Volume 72 bezüglich der Niederdrucköffnung 13 bzw. des Niederdruckanschlusses 80. In das Gehäuse 4 der Schrägscheibenmaschine 1 sind nicht dargestellte Verbindungsleitungen eingearbeitet, mit der der außenseitige Hochdruckanschluss 79 in fluidleitender Verbindung mit der Hochdrucköffnung 12 der Ventilscheibe 11 aufweist und der Niederdruckanschluss 80 durch die Verbindungsleitung fluidleitend verbunden ist mit der Niederdrucköffnung 13 in der Ventilscheibe 11. Durch Zusatzverbindungsleitungen und mittels der Kulissensteuerung sind auch die Pre-Compression-Volumes 72 entweder mit dem Hochdruckanschluss 79 oder dem Niederdruckanschluss 80 entsprechend der Steuerung durch die Kulissensteuerung fluidleitend verbunden.
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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.
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Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Schrägscheibenmaschine 1, der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 und dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang 45 wesentliche Vorteile verbunden. Die Steuerkerben 33 werden von dem Fräswerkzeug 36 mittels Profilfräsen hergestellt. Während des Profilfräsens führt das Fräswerkzeug 36 eine Rotationsbewegung um die Bearbeitungsrotationsachse 43 aus und ferner wird das Fräswerkzeug 36 oder die Ventilscheibe 11 als Vorschubbewegung in Längsrichtung der herzustellenden Steuerkerbe 33 bewegt. Mittels des Profilfräsens können die Steuerkerben 33 mit einer besonders großen geometrischen Genauigkeit hergestellt werden mit geringen Fertigungstoleranzen, sodass dadurch in vorteilhafter Weise der hydraulische Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine 1 wesentlich verbessert ist im Vergleich zu Steuerkerben 33, welche mit einer geringen Fertigungsgenauigkeit hergestellt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1013928 A2 [0004]
- CH 405934 [0005]
- DE 2733870 C2 [0006]
