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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 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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Die Zylindertrommel liegt an einem axialen Ende abgewandt zu der Zylindertrommel auf einer Verteilerplatte auf. In der Verteilerplatte ist eine Hochdrucköffnung und eine Niederdrucköffnung ausgebildet. Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe wird durch die Niederdrucköffnung Hydraulikflüssigkeit unter einem kleinen Druck als Niederdruck als Saugseite angesaugt und durch die Hochdrucköffnung wird die Hydraulikflüssigkeit unter einem größeren Druck als Hochdruck wieder ausgeleitet. Die Verteilerplatte und damit die Hoch- und Niederdrucköffnung in der Verteilerplatte ist feststehend und die Zylindertrommel führt eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse aus. Die durch die Niederdrucköffnung in der Verteilerplatte in die Kolbenbohrungen durch Öffnungen an dem axialen Ende der Zylindertrommel einströmende Hydraulikflüssigkeit wird somit während des Einströmens von der Niederdrucköffnung in die Kolbenbohrungen bzw. Strömungsverlängerungen der Kolbenbohrungen als die Öffnungen auf die Rotationsbewegung der Zylindertrommel beschleunigt. Je größer die Rotationsgeschwindigkeit ist, auf welche die Hydraulikflüssigkeit zu beschleunigen ist, desto größer sind die hydraulischen Verluste aufgrund von hydraulischer Reibung und desto geringer ist die Saugfähigkeit der Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe an dem Niederdruckkanal.
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Zwischen den Öffnungen an dem axialen Ende der Zylindertrommel und einer zentrischen Bohrung der Zylindertrommel ist eine ausreichende minimale radiale Ausdehnung zwischen den Öffnungen und der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel aus Stahl notwendig, um die Festigkeit der Öffnungen zu gewährleisten. Diese ausreichend minimale radiale Ausdehnung ist groß, so dass die Öffnungen einen großen radialen Abstand zu der Rotationsachse der Zylindertrommel aufweisen. Dadurch weisen die Öffnungen einen großen radialen Abstand zu der Rotationsachse auf und damit tritt an der Mündung der Niederdrucköffnung in die Kolbenbohrungen bzw. in die Öffnungen als Strömungsverlängerungen der Kolbenbohrungen eine große Rotationsgeschwindigkeit auf. Aufgrund dieses großen radialen Abstandes und der hieraus resultierenden hohen Rotationsgeschwindigkeit muss somit die Hydraulikflüssigkeit beim Einleiten von der Niederdrucköffnung in der Verteilerplatte in die Kolbenbohrungen bzw. in Öffnungen als Strömungsverlängerungen der Kolbenbohrungen stark beschleunigt werden, sodass in nachteiliger Weise große hydraulische Verluste aufgrund von hydraulischer Reibung auftreten und damit die Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe nur über eine geringe Saugfähigkeit in nachteiliger Weise verfügt.
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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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Erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe und/oder Axialkolbenmotor, umfassend eine um eine Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen und einer zentrischen Bohrung zur Durchführung einer Antriebswelle durch die zentrische Bohrung, in den Kolbenbohrungen beweglich gelagerte Kolben, die mit der Zylindertrommel drehfest verbundene Antriebswelle, welche um die Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagert ist, eine Verteilerplatte, wobei ein axiales Ende der Zylindertrommel auf der Verteilerplatte aufliegt, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege mit einer Auflagefläche zur Lagerung der Kolben auf der Auflagefläche, wobei im Bereich, insbesondere axialen Bereich, des axialen Endes an der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel radiale Versteifungsrippen ausgebildet sind. Aufgrund der radialen Versteifungsrippen kann die Zylindertrommel mit einer sehr kleinen minimalen radialen Ausdehnung zwischen Öffnungen an der Zylindertrommel zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und aus den Kolbenbohrungen und der zentrischen Bohrung ausgebildet werden. Dadurch weisen die Öffnungen an der Zylindertrommel zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in und aus die Kolbenbohrungen einen sehr kleinen radialen Abstand zu der Rotationsachse der Zylindertrommel bzw. der Antriebswelle auf. Aufgrund dieses kleinen radialen Abstands treten dadurch kleine Rotationsgeschwindigkeiten an diesen Öffnungen auf und somit muss die Hydraulikflüssigkeit beim Einleiten von der Niederdrucköffnung in der Verteilerplatte in die Öffnungen an der Zylindertrommel nur gering beschleunigt werden, sodass kleine hydraulische Verluste aufgrund von hydraulischer Reibung auftreten und damit die Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe in vorteilhafter Weise über eine große Saugfähigkeit verfügt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Bereich des axialen Endes an der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel mit den radialen Versteifungsrippen ein axialer Bereich beginnend mit dem axialen Ende und der axiale Bereich weist eine axiale Ausdehnung von 1%, 3%, 5% oder 10% der axialen Gesamtausdehnung der Zylindertrommel. In diesem axialen Bereich sind die Versteifungsrippen ausgebildet, jedoch können die Versteifungsrippen in diesem axialen Bereich axial vollständig oder nur teilweise ausgebildet sein.
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Zweckmäßig ist der Bereich des axialen Endes an der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel mit den radialen Versteifungsrippen ein axialer Bereich ab dem axialen Ende in Richtung zu der Schwenkwiege mit einer axialen Ausdehnung die kleiner ist als 5%, 3%, 2% oder 1% der axialen Gesamtausdehnung der Zylindertrommel.
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In einer zusätzlichen Variante sind die Versteifungsrippen als Versteifungszähne ausgebildet.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung sind die Versteifungsrippen beginnend mit dem axialen Ende in Richtung zu der Schwenkwiege an der zentrischen Bohrung mit einer axialen Ausdehnung ausgebildet, welche wenigstens 1 %, 3 %, 5 %, 10 %, 20 % oder 30 % der axialen Gesamtausdehnung der Zylindertrommel beträgt. Aufgrund dieser ausreichenden axialen Ausdehnung der Versteifungsrippen können die Versteifungsrippen einen signifikanten Beitrag zur Erhöhung der Steifigkeit der Zylindertrommel zwischen den Öffnungen und der zentrischen Bohrung beitragen, sodass dadurch die Öffnungen an der Zylindertrommel zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in und aus den Kolbenbohrungen mit einem kleinen radialen Abstand zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgebildet werden können.
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Zweckmäßig beträgt die radiale Ausdehnung der Versteifungsrippen wenigstens 0,1%, 0,3%, 0,5%, 1%, 2%, 5% oder 8% der maximalen radialen Ausdehnung der Zylindertrommel. Eine ausreichende radiale Ausdehnung der Versteifungsrippen ist notwendig, damit die Versteifungsrippen einen ausreichenden Beitrag zur Erhöhung der Steifigkeit zwischen den Öffnungen und der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel leisten können.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist das axiale Ende der Zylindertrommel mit einer Zentralfeder in axialer Richtung auf die Verteilerplatte gedrückt.
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In einer zusätzlichen Variante ist die Zylindertrommel mit einer Verzahngeometrie an der zentrischen Bohrung und einer Gegenverzahngeometrie an der Antriebswelle drehfest mit der Antriebswelle verbunden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Zylindertrommel axial bezüglich der Antriebswelle beweglich.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Verzahngeometrie an der Zylindertrommel als eine Innenverzahnung ausgebildet und die Gegenverzahngeometrie an der Antriebswelle ist als eine Außenverzahnung ausgebildet.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Verzahngeometrie bis zu dem axialen Ende der Zylindertrommel ausgebildet, so dass die Verzahngeometrie die Versteifungsrippen im Bereich des axialen Endes bildet. Bei der Herstellung der Zylindertrommel wird die Zylindertrommel, beispielsweise beim Urformen der Zylindertrommel, zunächst mit einer zentrischen Bohrung hergestellt ohne der Verzahngeometrie. Anschließend wird in diese zentrische Bohrung die Verzahngeometrie spanabhebend mit einem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise einer Räumnadel, hergestellt. Die zentrische Bohrung ohne der Verzahngeometrie wird dabei zunächst mit einer konstanten radialen Ausdehnung hergestellt. Anschließend wird mit dem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise der Räumnadel, in der gesamten zentrischen Bohrung die Verzahngeometrie hergestellt, sodass dadurch die Verzahngeometrie an dem Bereich in der Nähe zu dem axialen Ende der Zylindertrommel diese zugleich auch die Versteifungsrippen bilden kann. Die Herstellung der Versteifungsrippen kann dadurch besonders preiswert ausgeführt werden.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung weist die zentrisch Bohrung in der Zylindertrommel in axialer Richtung eine im Wesentlichen konstante radiale Ausdehnung auf, d. h, der radiale Abstand unterscheidet sich um weniger als 30%, 20%, 10%, 5% oder 3%.
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In einer ergänzenden Variante ist die Verzahngeometrie in axialer Richtung vollständig durchgehend in der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel ausgebildet. Die Herstellung der Verzahngeometrie ist dadurch besonders preiswert, weil mit einem Bearbeitungswerkzeug einfach die gesamte zentrische Bohrung bearbeitet werden kann.
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Vorzugsweise weist die Verzahngeometrie in axialer Richtung eine identische Form auf. Die Herstellung der Verzahngeometrie an der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel ist dadurch besonders einfach, weil diese mit einer entsprechend identischen Form ausgebildet ist und dadurch eine einfache, insbesondere spanabhebende, Herstellung der Verzahngeometrie an der zentrischen Bohrung möglich ist.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung münden die Kolbenbohrungen an dem axialen Ende der Zylindertrommel in Öffnungen zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in und aus den Kolbenbohrungen und die minimale radiale Ausdehnung zwischen den Öffnungen und der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel an dem axialen Ende der Zylindertrommel kleiner ist als 10 %, 5 %, 3 % oder 2 % der maximalen radialen Ausdehnung der Zylindertrommel. Die minimale radiale Ausdehnung zwischen den Öffnungen und der zentrischen Bohrung der Zylindertrommel ist an dem axialen Ende der Zylindertrommel klein. Damit weisen auch die Öffnungen zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in und aus die Kolbenbohrungen einen kleinen radialen Abstand zu der Rotationsachse der Zylindertrommel auf. Beim Einleiten von Hydraulikflüssigkeit durch die Niederdrucköffnung der Verteilerplatte ist somit nur eine geringe Beschleunigung der Hydraulikflüssigkeit notwendig, weil die Öffnungen einen kleinen Abstand zu der Rotationsachse aufweisen und damit die Öffnungen auch eine kleine Rotationsgeschwindigkeit aufweisen. Dadurch tritt eine geringe hydraulische Reibung auf und die Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe verfügt somit über eine große Saugfähigkeit in vorteilhafter Weise.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Verteilerplatte einteilig mit dem Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses ausgebildet oder die Verteilerplatte ist ein gesondertes Bauteil, welches mittelbar oder unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Verteilerplatte kann somit auch das Gehäuse bilden.
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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 zusätzlichen Ausführungsform sind die Kolben mit Gleitschuhen mittelbar auf der Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert.
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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 wird ein Ausführungsbeispiel 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 Verteilerplatte der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege,
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3 eine Rückansicht der Zylindertrommel,
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4 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 bzw. Abtriebswelle 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 verbunden, wobei die Antriebswelle 9 und die Zylindertrommel 5 zweiteilig ausgebildet sind. Die Zylindertrommel 5 ist mit einer Zentralfeder 41 auf eine Verteilerplatte 11 gedrückt. Die Zylindertrommel 5 ist axial bezüglich der Antriebswelle 9 beweglich. 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 der Zentralfeder 41 unter einer Druckkraft auf die Auflagefläche 18 gedrückt und die Zentralfeder 41 drückt auch die Zylindertrommel 5 mit einem axialen Ende 66 auf die Verteilerplatte 11.
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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 Zentralfeder 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 axialen Ende 66 der Zylindertrommel 5 eine Verteilerplatte 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. Das axiale Ende 66 der der Zylindertrommel 5 liegt auf der Verteilerplatte 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. An der Rückhaltescheibe 37 sind Gleitschuhe 39 befestigt. 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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Das axiale Ende 66 der Zylindertrommel 5, welches zu der Schwenkwiege 14 abgewandt ist, bildet eine Zylindergleitlagerfläche 23. Die Verteilerplatte 11 weist eine erste Seite auf, welche zu der Zylindertrommel 5 und Schwenkwiege 14 zugewandt ist und diese erste Seite bildet eine Verteilergleitlagerfläche 17. Die zweite Seite der Verteilerplatte 11 ist zu der Zylindertrommel 5 abgewandt und an dieser zweiten Seite liegt die Verteilerplatte 11 auf dem Gehäuse 4 auf. An der Verteilerplatte 11 sind eine Hochdrucköffnung 12 und eine Niederdrucköffnung 13 ausgebildet, welche mittels entsprechender, nicht dargestellter Hoch- und Niederdruckverbindungskanälen mit hydraulischen Anschlusselementen außenseitig an der Schrägscheibenmaschine 1 hydraulisch verbunden. Dadurch kann von außen Hydraulikflüssigkeit zu der Hoch- und Niederdrucköffnung 12, 13 geleitet werden.
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Die Kolbenbohrungen 6 an der Zylindertrommel 5 münden an dem axialen Ende 66 der Zylindertrommel in Öffnungen 71 zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in und aus den Kolbenbohrungen 6. In der Zylindertrommel 5 ist eine zentrische Bohrung 33 ausgebildet. An der zentrischen Bohrung 33 ist eine Verzahngeometrie 67 als eine Innenverzahnung 68 ausgebildet. Entsprechend komplementär hierzu ist an der Antriebswelle 9 eine Gegenverzahngeometrie 69 als eine Außenverzahnung 70 ausgebildet. Die Verzahngeometrie 67 als die Innenverzahnung 68 ist komplementär zu der Gegenverzahngeometrie 69 als der Außenverzahnung 70 (3) ausgebildet. In 3 ist die Gegenverzahngeometrie 69 als die Außenverzahnung 70 strichliert dargestellt. Die Gegenverzahngeometrie 69 an der Antriebswelle 9 ist nur an einem axialen Teilabschnitt der Antriebswelle 9 ausgebildet und die Gegenverzahngeometrie 69 endet in axialer Richtung bereits vor dem axialen Ende 66 der Zylindertrommel 5. Im Gegensatz hierzu ist die Verzahngeometrie 67 an der zentrischen Bohrung 33 der Zylindertrommel 5 axial an der gesamten zentrischen Bohrung 33 ausgebildet, sodass die Verzahngeometrie 67 auch bis zu dem axialen Ende 66 der Zylindertrommel 5 ausgebildet ist. Die Verzahngeometrie 67 und die Gegenverzahngeometrie 69 verbindet die Zylindertrommel 5 mit der Antriebswelle 9 drehfest. Dadurch kann ein Drehmoment von der Zylindertrommel 5 auf die Antriebswelle 9 übertragen werden und umgekehrt. Ferner ist die Zylindertrommel 5 in axialer Richtung beweglich bezüglich der Antriebswelle 9. Dies ist notwendig, da die Zylindertrommel 5 mit der Zentralfeder 41 an dem axialen Ende 66 auf die Verteilerplatte 11, das heißt die Verteilergleitlagerfläche 17, gedrückt ist. Das axiale Ende 66 der Zylindertrommel 5 bildet damit auch die Zylindergleitlagerfläche 23.
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Aufgrund der Ausbildung der Verzahngeometrie 67 in axialer Richtung vollständig durchgehend an der zentrischen Bohrung 33, insbesondere auch bis zu dem axialen Ende 66 der Zylindertrommel 5, bildet die Verzahngeometrie 67 zusätzlich auch Versteifungsrippen 34 im Bereich des axialen Endes 66 für die Zylindertrommel 5. Aufgrund der Geometrie der Innenverzahnung 68 sind somit die Versteifungsrippen 34 als Versteifungszähne 35 ausgebildet. Die Versteifungsrippen 34 im Bereich des axialen Endes 66 der Zylindertrommel 5 erhöhen die Steifigkeit der Zylindertrommel 5. Dadurch kann eine minimale radiale Ausdehnung 72 zwischen den Öffnungen 71 zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in und aus den Kolbenbohrungen 6 und der zentrischen Bohrung 33 sehr klein ausgebildet werden. Die Zylindertrommel 5 weist eine axiale Gesamtausdehnung 36 und eine maximale radiale Ausdehnung 62 auf. Die radiale Ausdehnung 61 der Versteifungsrippen 34 (3) ist dahingehend ausgelegt, dass die Versteifungsrippen 34 eine ausreichende Erhöhung der Steifigkeit der Zylindertrommel 5 ermöglichen und zugleich die Dauerstandfestigkeit der Versteifungsrippen 34 gewährleistet ist. Aufgrund der geringen bzw. kleinen minimalen radialen Ausdehnung 72 weisen auch die Öffnungen 71 einen kleinen radialen Abstand zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel auf. Die zentrische Bohrung 33 weist eine radiale Ausdehnung 43 auf.
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In 4 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 der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 und dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang 45 wesentliche Vorteile verbunden. Je kleiner der radiale Abstand der Öffnungen 71 an der Zylindertrommel 5 zu der Rotationsachse 8 ist, auf eine desto kleinere Rotationsgeschwindigkeit ist die von der Niederdrucköffnung 13 in die Kolbenbohrungen 6 einströmende Hydraulikflüssigkeit zu beschleunigen. Aufgrund des kleinen radialen Abstands der Öffnungen 71 an der Zylindertrommel 5 aufgrund der Versteifungsrippen 34 an der zentrischen Bohrung im Bereich des axialen Endes 66 der Zylindertrommel 5 ist somit nur eine kleine Beschleunigung der Hydraulikflüssigkeit auf eine geringe Rotationsgeschwindigkeit erforderlich, sodass dadurch in vorteilhafter Weise geringe hydraulische Verluste bei dieser Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit auftreten und damit die Schrägscheibenmaschine 1 bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2 eine hohe Saugfähigkeit aufweist. Darüber hinaus werden auch an der Hochdrucköffnung 12 beim Ausströmen der Hydraulikflüssigkeit unter einem größeren Druck, beispielsweise zwischen 300 bar und 400 bar, beim Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2 oder Axialkolbenmotor 3 aufgrund der erforderlichen geringeren Reduzierung der Rotationsgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit die hydraulischen Verluste verringert. Auch bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenmotor 3 können die hydraulischen Verluste beim Ein- und Ausströmen aus der Hoch- und Niederdrucköffnung 12, 13 in und aus den Kolbenbohrungen 6 dadurch in vorteilhafter Weise reduziert und damit der Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine 1 erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1013928 A2 [0005]
- CH 405934 [0006]
- DE 2733870 C2 [0007]
