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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 auf der Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert und die Gleitschuhe sind mit der Rückhaltescheibe verbunden.
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Die Schwenkwiege weist eine Vorderseite, welche der Zylindertrommel zugewandt ist, und eine Rückseite auf, welche der Wiegenlagerung zugewandt ist. An der Schwenkwiege sind an der Rückseite zwei teilzylindermantelförmige Gegenwiegenlagerflächen ausgebildet, welche auf komplementär ausgebildeten zwei Wiegenlagerflächen an der Wiegenlagerung gelagert sind, sodass dadurch die Schwenkwiege um die Schwenkachse verschwenkbar mit einer Gleitlagerung gelagert ist.
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Die Gleitlagerung zwischen den beweglichen Gegenwiegenlagerfläche an der Schwenkwiege und den feststehenden beiden Wiegenlagerflächen an der Wiegenlagerung sind nicht hydrostatisch entlastet. Aus diesem Grund treten bei einer Schwenkbewegung der Schwenkwiege große Reibkräfte auf. Dies führt zu einem mechanischen Verschleiß zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche, insbesondere zu einem Verschleiß an einer aus Kunststoff ausgebildeten Wiegenlagerfläche. Ein Endbereich der Gegenwiegenlagerfläche kann zugleich auch scharfe Kanten aufweisen, so dass in nachteiliger Weise derartige Kanten zu einer zusätzlichen Abtragung oder einem Verschleiß des Materiales an der Wiegenlagerfläche und einer erhöhten Reibung zwischen Wiegenlagerfläche und Gegenwiegenlagerfläche führen können. Die Gegenwiegenlagerfläche ist im Allgemeinen aus einem harten Stahl ausgebildet wie die Schwenkwiege.
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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, in den Kolbenbohrungen beweglich gelagerte Kolben, eine mit der Zylindertrommel drehfest verbundene Antriebswelle, welche um die Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagert ist, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege mit zwei Gegenwiegenlagerflächen, eine feststehende Wiegenlagerung zur Lagerung der Schwenkwiege mit zwei Wiegenlagerflächen zur Auflage der Gegenwiegenlagerflächen der Schwenkwiege, wobei an wenigstens einem Endbereich in Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerflächen wenigstens eine Fase an der Schwenkwiege ausgebildet ist, so dass an der wenigstens einen Fase zwischen je einer Wiegenlagerfläche und je einer Fase ein Spalt ausgebildet ist, um vorzugsweise die Reibung zwischen der Wiegenlagerfläche und Gegenwiegenlagerfläche zu verkleinern. Der Innenraum der Schrägscheibenmaschine und damit auch der Spalt ist mit Hydraulikflüssigkeit befüllt. Bei einer Schwenkbewegung der Schwenkwiege bildet damit der Spalt einen Schmierspalt zwischen der beweglichen Schwenkwiege und der feststehenden Wiegenlagerung. Dadurch kann Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel an der Kontaktfläche zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche eintransportiert und eingefördert werden in einem größeren Umfang, so dass dadurch die Reibung zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche signifikant reduziert ist. Der Spalt als Schmierspalt kann somit ein lokales, hydrodynamisches Ölpolster zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche verursachen.
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Insbesondere ist an beiden Endbereichen der beiden Gegenwiegenlagerflächen die Fase ausgebildet, so dass die Schrägscheibenmaschine insgesamt vier Fasen umfasst. Damit sind an sämtlichen Endbereich der Gegenwiegenlagerflächen die Fasen ausgebildet, so dass dadurch in beiden Schwenkrichtungen an beiden Wiegenlagerflächen und Gegenwiegenlagerflächen die Reibung vermindert ist in vorteilhafter Weise.
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In einer weiteren Ausgestaltung beträgt die Ausdehnung der Fase in Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche zwischen 0,5 % und 7 %, insbesondere zwischen 1 % und 5 %, des radialen Abstandes der Gegenwiegenlagerfläche zu der Schwenkachse. Eine optimierte Ausdehnung der Fase in Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche ist erforderlich, um einen ausreichenden Eintrag oder Einförderung von Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel in die Kontaktfläche zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche zu ermöglichen. Eine zu kleine Ausdehnung der Fase in Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche würde nur einen unzureichenden Eintrag von Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel an der Kontaktfläche zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche verursachen und eine zu große Ausdehnung der Fase würde eine zu kleine Kontaktfläche zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche zur Folge haben mit einer dadurch wesentlich erhöhten Flächenpressung auf der Gegenwiegenlagerfläche und der Wiegenlagerfläche.
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In einer ergänzenden Ausführungsform beträgt die Ausdehnung der Fase in Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche zwischen 0,5 mm und 3 mm.
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Vorzugsweise beträgt die maximale radiale Ausdehnung des Spaltes zwischen je einer Wiegenlagerfläche und je einer Fase zwischen 0,05 % und 2 %, insbesondere zwischen 0,1 % und 0,8 %, des radialen Abstandes der Gegenwiegenlagerfläche zu der Schwenkachse. Eine optimierte Ausbildung der maximalen radialen Ausdehnung des Spaltes, d. h. an dem Endpunkt der Fase, ermöglicht einen möglichst großen Eintrag von Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel in die Kontaktfläche zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche.
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In einer Variante beträgt die maximale radiale Ausdehnung des Spaltes zwischen je einer Wiegenlagerfläche und je einer Fase zwischen 0,05 mm und 1 mm, insbesondere zwischen 0,08 mm und 0,5 mm.
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Zweckmäßig ist in der Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche die je eine Fase wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von wenigstens einer, vorzugsweise mehreren, ebenen Fläche bzw. ebenen Flächen gebildet und/oder ein Öffnungswinkel des Spaltes beträgt zwischen 1° und 12°, insbesondere zwischen 2° und 9°.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in der Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche die je eine Fase wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einer gekrümmten Fläche gebildet, insbesondere ist der Krümmungsradius der gekrümmten Fläche kleiner als der radiale Abstand der Gegenwiegenlagerfläche zu der Schwenkachse. Die Fase kann somit auch aus wenigstens einer ebenen Fläche und einer gekrümmten Fläche gebildet sein.
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Insbesondere ist die Ausdehnung der Fase in der Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche konstant oder nimmt in Richtung zu einer fiktiven Mittelebene zu. Die Schwenkwiege ist auf Biegung beansprucht. Aus diesem Grund nehmen die Flächenpressungen zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche in Richtung zu der Mittelebene, d. h. in einer Querrichtung, zu. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die Ausdehnung der Fase in Richtung zu der fiktiven Mittelebene zu vergrößern. Aufgrund der größeren Ausdehnung der Fase, insbesondere auf einer größeren maximalen radialen Ausdehnung der Fase, in Richtung zu der fiktiven Mittelebene können auch größere Mengen an Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel an diejenigen Bereichen der Kontaktflächen zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche mit der größeren Flächenpressung eingefördert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die maximale radiale Ausdehnung des Spaltes zwischen je einer Wiegenlagerfläche und je einer Fase konstant oder nimmt in Richtung zu einer fiktiven Mittelebene zu.
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In einer ergänzenden Variante nimmt die Ausdehnung der Fase in der Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche und/oder die maximale radiale Ausdehnung des Spaltes zwischen je einer Wiegenlagerfläche und je einer Fase in Richtung zu einer fiktiven Mittelebene um mehr als 30 %, 50 %, 100 % oder 200 % zu.
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In einer weiteren Variante nimmt die radiale Ausdehnung des Spaltes zwischen je einer Wiegenlagerfläche und je einer Fase in Umfangsrichtung der Gegenwiegenlagerfläche von einem Anfang zu einem Ende des Spaltes, vorzugsweise stetig, zu.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Schrägscheibenmaschine ein Gehäuse und das Gehäuse begrenzt einen Innenraum und der Innenraum ist mit Hydraulikflüssigkeit befüllt, so dass auch der Spalt an der Fase mit Hydraulikflüssigkeit befüllt ist, um die Reibung zwischen der Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche zu verkleinern mittels einer verbesserten Schmierung aufgrund der Hydraulikflüssigkeit in dem Spalt.
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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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Zweckmäßig weist die Schwenkwiege eine, vorzugsweise ebene, Auflagefläche zur mittelbaren oder unmittelbaren Lagerung der Kolben auf der Auflagefläche auf.
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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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Zweckmäßig ist die fiktive Mittelebene der Schwenkwiege senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege ausgerichtet und die Rotationsachse der Zylindertrommel und/oder Antriebswelle liegt vollständig in der fiktiven Mittelebene.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Wiegenlagerflächen und/oder Gegenwiegenlagerflächen teilzylindermantelförmig ausgebildet und eine zentrische Längsachse eines fiktiven Zylinders an den Wiegenlageflächen und/oder Gegenwiegenlagerflächen entspricht der Schwenkachse der Schwenkwiege.
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In einer weiteren Variante ist die Schwenkwiege mit zwei Gegenwiegenlagerflächen mittels einer Gleitlagerung auf den zwei Wiegenlagerflächen um die Schwenkachse verschwenkbar gelagert.
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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 Vorderansicht einer Schwenkwiege auf eine Auflagefläche der Schwenkwiege,
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3 eine Rückansicht der Schwenkwiege gemäß 2 auf zwei Gegenwiegenlagerflächen der Schwenkwiege,
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4 einen Schnitt durch die Schwenkwiege und die Wiegenlagerung mit einer Schnittebene senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege,
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5 einen Schnitt durch die Schwenkwiege und die Wiegenlagerung mit einer Schnittebene senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege in einem Endbereich mit einer Fase an einer Gegenwiegenlagerfläche in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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6 einen stark vereinfachten Schnitt durch die Schwenkwiege und die Wiegenlagerung mit einer Schnittebene senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege in einem Endbereich mit der Fase an der Gegenwiegenlagerfläche in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 einen stark vereinfachten Schnitt durch die Schwenkwiege und die Wiegenlagerung mit einer Schnittebene senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege in einem Endbereich mit der Fase an der Gegenwiegenlagerfläche in einem dritten Ausführungsbeispiel,
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8 einen stark vereinfachten Schnitt durch die Schwenkwiege und die Wiegenlagerung mit einer Schnittebene senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege in einem Endbereich mit der Fase an der Gegenwiegenlagerfläche in einem vierten Ausführungsbeispiel,
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9 eine Darstellung eines Spaltes an der Fase und einer Kontaktfläche zwischen einer Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche in einer Querrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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10 eine Darstellung eines Spaltes an der Fase und einer Kontaktfläche zwischen einer Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche in einer Querrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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11 eine Darstellung eines Spaltes an der Fase und einer Kontaktfläche zwischen einer Wiegenlagerfläche und der Gegenwiegenlagerfläche in einer Querrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel,
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12 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 ein- 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 und eine Grenze zwischen der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 in 1 strichliert dargestellt ist. Die Zylindertrommel 5 ist in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle 9 beweglich und die Zylindertrommel 5 ist an einem axialen Ende 66 mittels einer nicht dargestellten Zentralfeder auf eine Ventilscheibe 11 gedrückt. Die Zylindertrommel 5 führt die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 mit aus aufgrund einer drehfesten Verbindung. In der 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 Gegenwiegenlagerflächen 34 ausgebildet. Die beiden Gegenwiegenlagerflächen 34 der Schwenkwiege 14 liegen auf zwei feststehenden Wiegenlagerflächen 33 der Wiegenlagerung 20 auf. Die Wiegenlagerflächen 33 und die Gegenwiegenlagerflächen 34 sind teilzylindermantelförmig ausgebildet und die zentrische Längsachse eines fiktiven Zylindermantels auf den Wiegenlagerflächen 33 und den Gegenwiegenlagerflächen 34 entspricht der Schwenkachse 15. In einem Schnitt senkrecht zu der Schwenkachse 15 sind somit die Wiegenlagerflächen 33 und die Gegenwiegenlagerflächen 34 teilkreisförmig ausgebildet. 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 der Zylindertrommel 5 die 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. Das axiale 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. An der Rückhaltescheibe 37 sind Gleitschuhe 39 mit Lagerkugeln 40 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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Die Schwenkwiege 14 weist eine Vorderseite auf, welche der Zylindertrommel 5 zugewandt ist und eine Rückseite auf, welche der Wiegenlagerung 20 bzw. dem Flansch 21 des Gehäuses 4 zugewandt ist. Die Lagerkugeln 19 an den Schwenkarmen 16 sind asymmetrisch bezüglich einer fiktiven Mittelebene 23 ausgebildet, um eine möglichst gleichmäßige Beanspruchung der Schwenkwiege 14 zu erhalten. Eine Umfangsrichtung 61 der Gegenwiegenlagerfläche 34 ist eine Bewegungsrichtung der Schwenkwiege 14 an der Gegenwiegenlagerfläche 34.
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Die feststehende Wiegenlagerung 20 ist aus einer Lagerschale 81, einer Verbindungsschicht 82 aus Bronze und aus einer Kunststoffschicht 83 ausgebildet. Die Verbindungsschicht 82 und die Kunststoffschicht 83 sind ebenfalls schalenförmig bzw. teilzylindermantelförmig ausgebildet und ein radiales Ende der Kunststoffschicht 83 bildet die feststehende Wiegenlagerfläche 33, auf welcher die Gegenwiegenlagerfläche 34 der Schwenkwiege 14 an einer Kontaktfläche 80 aufliegt. Die Gegenwiegenlagerfläche 34 ist wie die Schwenkwiege 14 aus Stahl ausgebildet. Die Wiegenlagerfläche 33 und die Gegenwiegenlagerfläche 34 weist einen radialen Abstand 43 zu der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege 14 auf und dieser radiale Abstand 43 beträgt ca. 46 mm. Die Breite 62 der Gegenwiegenlagerflächen 34 beträgt 22 mm. Jede der beiden Gegenwiegenlagerflächen 34 an der Schwenkwiege 14 weisen in der Umfangsrichtung 61 einen Endbereich 36 auf. An jedem der Endbereiche 36 der Gegenwiegenlagerflächen 34 ist eine Fase 17 ausgebildet. An der Fase 17 ist der radiale Abstand 43 zu der Schwenkachse 15 kleiner als der radiale Abstand 43 der Gegenwiegenlagerfläche 34 zu der Schwenkachse 15, so dass die Fase 17 keinen Kontakt zu der Wiegenlagerfläche 33 aufweist. An der Fase 17 ist deshalb ein Spalt 35 zwischen der Fase 17 und der Wiegenlagerfläche 33 ausgebildet (5). Da an jedem der zwei Endbereiche 36 der beiden Gegenwiegenlagerflächen 34 jeweils eine Fase 17 ausgebildet ist, weist die Schrägscheibenmaschine 1 insgesamt vier Fasen 17 und damit auf vier Spalte 35 auf. Die Ausdehnung 67 der Fase 17 bzw. die Ausdehnung 67 des Spaltes 35 in der Umfangsrichtung 61 beträgt ungefähr 1,3 mm. In dem in 5 dargestellten Schnitt senkrecht zu der Schwenkachse 15 ist ein Anfangspunkt 68 der Fase 17 und ein Endpunkt 70 der Fase 17 vorhanden. Die Ausdehnung 67 der Fase 17 in der Umfangsrichtung 61 ist der Abstand zwischen dem Anfangspunkt 68 und dem Endpunkt 70 der Fase 17. Der Endpunkt 70 wird außerdem radial, d. h. senkrecht zu der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege 14, auf die Wiegenlagerfläche 33 fiktiv projiziert und bildet hier eine radiale Projektion 71 des Endpunktes 70. Eine erste Haltgerade 72 in einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Schwenkachse 15 weist als Punkte den Anfangspunkt 68 der Fase 17 und den Endpunkt 70 der Fase 17 jeweils auf der Schwenkwiege 14 auf. Eine zweite Halbgerade 73 in einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Schwenkachse 15 umfasst analog als Punkte den Anfangspunkt 68 der Fase 17 und die radiale Projektion 71 des Endpunktes 70 auf die Wiegenlagerfläche 33. Die erste und zweite Halbgerade 72, 73 bilden somit den Öffnungswinkel β des Spaltes 35 in einer fiktiven Ebene senkrecht zu der Schwenkachse 15. Der Öffnungswinkel β beträgt ungefähr 6°. Der Spalt 35 weist eine radiale Ausdehnung 74 senkrecht zu der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege 14 auf. An dem Endpunkt 70 der Fase 17 tritt die maximale radiale Ausdehnung 75 des Spaltes 35 auf. Die maximale radiale Ausdehnung 75 des Spaltes 35 beträgt ungefähr 0,135 mm. In 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Fase 17 ausgebildet und die gesamte Fase 17 ist von nur einer ersten ebenen Fläche 76 gebildet. Die Geometrie der Fase 17 bzw. des Spaltes 35 ist dahingehend gewählt, dass einerseits während der Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 um die Schwenkachse 15 eine möglichst große Förderung von Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel an die Kontaktfläche 80 zwischen der Wiegenlagerfläche 33 und der Gegenwiegenlagerfläche 34 verursacht wird und andererseits der Spalt 35 die Biegefestigkeit der Schwenkwiege 14 nur vernachlässigbar verkleinert und auch aufgrund des Spaltes 35 die Größe der Gegenwiegenlagerfläche 34 nur geringfügig verkleinert ist, so dass dadurch zwischen der Wiegenlagerfläche 33 und der Gegenwiegenlagerfläche 34 nur vernachlässigbar größere Flächenpressungen auftreten.
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In 6 ist stark vereinfacht ein zweites Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Fase 17 in den Schnitt senkrecht zu der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege 14 dargestellt. Die Fase 17 ist dabei von zwei ebenen Flächen 76, 77, d. h. einer ersten ebenen Fläche 76 und einer zweiten ebenen Fläche 77, gebildet. Das in 7 analog dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist neben der ersten und zweiten ebenen Fläche 76, 77 eine dritte ebene Fläche 78 an der Fase 17 auf, so dass in dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 7 die Fase 17 von insgesamt drei ebenen Flächen 76, 77, 78 in dem Schnitt senkrecht zu der Schwenkachse 15 gebildet ist. In dem in 8 analog dargestellten Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Fase 17 ist die Fase 17 von einer gekrümmten Fläche 79 gebildet. Der Krümmungsradius der gekrümmten Fläche 79 ist dabei kleiner als der radiale Abstand 43 der Gegenwiegenlagerfläche 34 zu der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege 14, so dass dadurch die radiale Ausdehnung 74 des Spaltes 35 von dem Anfangspunkt 68 zu dem Endpunkt 70 der Fase 17 stetig zunimmt.
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In 9 ist der Spalt 35 und die Kontaktfläche 80 in einer Querrichtung 84, d. h. in einer Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung 61, dargestellt. Eine Anfangslinie 69 der Fase 17 trennt die Kontaktfläche 80 zwischen der Wiegenlagerfläche 33 und der Gegenwiegenlagerfläche 34 von dem Spalt 35 ab. Die Punkte der Anfangslinie 69 sind somit die Anfangspunkte 68 der Fase 17 in einem Schnitt senkrecht zu der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege 14. In dem in 9 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Ausdehnung des Spaltes 35 bzw. der Fase 17 in Richtung der Umfangsrichtung 61 konstant und die Anfangslinie 69 ist eine Gerade parallel zu der Querrichtung 84. In dem in 10 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel nimmt die Ausdehnung 67 der Fase 17 in Umfangsrichtung 61 in Richtung zu der fiktiven Mittelebene 23 direkt proportional zu mit der Verringerung des Abstandes zu der fiktiven Mittelebene 23, d. h. die Anfangslinie 69 der Fase 17 ist eine Gerade, die in einem spitzen Winkel zu der Querrichtung 84 ausgerichtet ist. In dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Ausdehnung 67 der Fase 17 in Richtung zu der Mittelebene 23 überproportional zu, d. h. die Anfangslinie 69 der Fase 17 ist gekrümmt ausgebildet.
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In 12 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. Der Spalt 35 in Umfangsrichtung 61 nach je einem Endbereich 36 der Gegenwiegenlagerfläche 34 zwischen der Wiegenlagerfläche 33 und der Fase 17 wirkt als ein Schmierspalt 35. Dadurch kann während der Schwenkbewegung der Schwenkwiege 14 um die Schwenkachse 15 Hydraulikflüssigkeit als Schmiermittel in die Kontaktfläche 80 zwischen den Wiegenlagerflächen 33 und den Gegenwiegenlagerflächen 34 eingefördert werden. Die Reibung zwischen den Gegenwiegenlagerflächen 34 und den Wiegenlagerflächen 33 kann dadurch signifikant reduziert werden. Dadurch tritt ein geringerer mechanischer Verschleiß, insbesondere an der Kunststoffschicht 83 der Wiegenlagerung 20, auf. Aufgrund der Geometrie der Fase 17 treten dadurch auch an der Gegenwiegenlagerfläche 34 aus Stahl keine scharfen Kanten auf, so dass hieraus resultierend auch kein zusätzlicher mechanischer Materialabtrag an der Kunststoffschicht 83 erfolgt. Die Schwenkwiege 14 ist von den Schwenkeinrichtungen 24 und den Kolben 7 auf Biegung beansprucht aufgrund der von den Kolben 7 und den Schwenkeinrichtungen 24 auf die Schwenkwiege 14 aufgebrachten Druckkräfte. Die Flächenpressung zwischen den Wiegenlagerflächen 33 und den Gegenwiegenlagerflächen 34 in Richtung zu der fiktiven Mittelebene 23 nimmt damit zu. Die Ausdehnung 67 der Fase 17 kann an diese Flächenpressungen entsprechend angepasst werden, d. h. dass die Ausdehnung 67 der Fasen 17 in der Querrichtung 84 in Richtung zu der fiktiven Mittelebene 23 zunimmt. Dadurch ist die Geometrie der Fase 17 bzw. des Spaltes 35 zusätzlich an die Größe der Flächenpressung an der Kontaktfläche 80 in der Querrichtung 84 in vorteilhafter Weise angepasst.
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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]