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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.
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Stand der Technik
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Schrägscheibenmaschinen dienen als Axialkolbenpumpen zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und als Axialkolbenmotor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie. Eine Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen ist drehbar bzw. rotierend gelagert und in den Kolbenbohrungen sind Kolben angeordnet. Die Zylindertrommel ist fest mit einer Antriebswelle verbunden und auf einen ersten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck und auf einen zweiten Teil der rotierenden Kolbenbohrungen wirkt temporär eine Hydraulikflüssigkeit unter Niederdruck. Eine Schwenkwiege ist um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert und auf der Schwenkwiege liegt eine Rückhaltescheibe mit Gleitschuhen auf. An den Gleitschuhen sind die Kolben befestigt. Die Rückhaltescheibe mit den Gleitschuhen führt zusammen mit der Zylindertrommel eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse aus und eine ebene Auflagefläche der Schwenkwiege ist dabei in einem spitzen Winkel, zum Beispiel zwischen 0° und +20° und zwischen 0° und –20° als Schwenkwinkel, zu der Rotationsachse der Zylindertrommel ausgerichtet. Die Gleitschuhe sind mit einer Gleitlagerung, welche im Allgemeinen hydrostatisch entlastet ist, auf der Auflagefläche der Schwenkwiege gelagert und die Gleitschuhe sind mit der Rückhaltescheibe verbunden.
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Die 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 die Kolbenbohrungen durch Kolbenbohrungsöffnungen an dem axialen Ende der Zylindertrommel einströmende Hydraulikflüssigkeit wird während des Einströmens von der Niederdrucköffnung in die Kolbenbohrungen bzw. Strömungsverlängerungen der Kolbenbohrungen als die Kolbenbohrungsöffnungen aufgrund der Bewegung des Kolbens angesaugt und die hydraulischen Verluste aufgrund von hydraulischer Reibung sind desto größer, je kleiner die Querschnittsflächen der Kolbenbohrungsöffnungen sind. Die Kolbenbohrungsöffnungen weisen an je einem tangentialen Ende ein radial äußeres tangentiales Teilende auf und ein radial inneres tangentiales Teilende auf. Die Krümmungsradien an dem radial äußeren tangentialen und radial inneren tangentialen Teilenden sind im Wesentlich identisch und entsprechen im Wesentlichen der Hälfte des radialen Abstandes zwischen zwei radialen Enden an einem Verbindungsbereich der nierenförmigen Kolbenbohrungsöffnungen. Damit weisen die Kolbenbohrungsöffnungen eine kleine Querschnittfläche auf, so dass diese große hydraulische Verluste beim Einsaugen durch die Kolbenbohrungsbohrungsöffnungen verursachen und eine kleine Saugfähigkeit der Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe in nachteiliger Weise auftritt.
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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 und die Kolbenbohrungen in Kolbenbohrungsöffnungen an einem axialen Ende der Zylindertrommel münden zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in und aus den Kolbenbohrungen, wobei vorzugsweise die Kolbenbohrungsöffnungen je ein fiktives Zentrum aufweisen und ein fiktiver Kreis in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse der Zylindertrommel als Mittelpunkt einen Punkt der Rotationsachse aufweist und das je eine fiktive Zentrum ein Punkt des fiktiven Kreises ist und je ein tangentiales Ende der Kolbenbohrungsöffnungen von dem fiktiven Kreis in ein radial inneres tangentiales Teilende und ein radial äußeres tangentiales Teilende unterteilt ist, in den Kolbenbohrungen beweglich gelagerte Kolben, die mit der Zylindertrommel drehfest verbundene Antriebswelle, welche um die Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagert ist, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege, wobei von je einem Punkt des fiktiven Kreises die radiale Ausdehnung in der fiktiven Ebene von dem je einen Punkt zu dem radial äußeren tangentialen Teilende größer ist als die radiale Ausdehnung von dem je einen Punkt zu dem radial inneren tangentialen Teilende, um eine große Querschnittsfläche der Kolbenbohrungsöffnung zu erhalten und/oder an einem tangentialen Ende der Krümmungsradius, insbesondere der minimale Krümmungsradius, des radial äußeren tangentialen Teilendes kleiner ist als der Krümmungsradius, insbesondere der minimale Krümmungsradius, an dem radial inneren tangentialen Teilende. Die Kolbenbohrungsöffnungen weisen dadurch eine große Querschnittsfläche auf. Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine als Axialkolbenpumpe können dadurch beim Ansaugen von Hydraulikflüssigkeit durch die Kolbenbohrungsöffnungen die hydraulischen Verluste sehr klein gehalten werden, sodass dadurch die Schrägscheibenmaschine in vorteilhafter Weise eine große Saugfähigkeit aufweist, das heißt in der Lage ist, Hydraulikflüssigkeit durch eine Niederdrucköffnung mit einem sehr geringen Druck anzusaugen, ohne dass eine zusätzliche Pumpe erforderlich ist, welche die Hydraulikflüssigkeit zu der Schrägscheibenmaschine fördert. Die radiale Ausdehnung in der fiktiven Ebene von dem je einen Punkt zu dem radial äußeren tangentialen Teilende und die radiale Ausdehnung von dem je einen Punkt zu dem radial inneren tangentialen Teilende ist von nur je einem identischen Punkt bestimmt, jedoch können für mehrere Punkte diesen jeweils zugeordnete radiale Ausdehnungen zu dem radial äußeren tangentialen Teilende und dem radial inneren tangentialen Teilende bestimmt sein. Der Größenvergleich zwischen den radialen Ausdehnungen betrifft somit die beiden radialen Ausdehnungen von dem je einen identischen Punkt aus.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist an beiden tangentialen Enden der Kolbenbohrungsöffnung von je einem Punkt des fiktiven Kreises die radiale Ausdehnung in der fiktiven Ebene von dem je einen Punkt zu dem radial äußeren tangentialen Teilende größer ist als die radiale Ausdehnung von dem je einen Punkt zu dem radial inneren tangentialen Teilende und/oder je eine radiale Gerade in der Ebene senkrecht zu der Rotationsachse der Zylindertrommel den Mittelpunkt des fiktiven Kreises, den je einen Punkt und das radiale äußere tangentiale Teilende sowie das radial innere tangentiale Teilende schneidet zu denen von dem je Punkt aus die radialen Ausdehnungen bestimmt sind.
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In einer ergänzenden Variante ist von mehreren Punkten des fiktiven Kreises die radiale Ausdehnung in der fiktiven Ebene von dem je einen Punkt zu dem radial äußeren tangentialen Teilende größer als die radiale Ausdehnung von dem je einen Punkt zu dem radial inneren tangentialen Teilende.
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Zweckmäßig ist bei sämtlichen Kolbenbohrungsöffnungen an beiden tangentialen Enden der Kolbenbohrungsöffnungen von dem je einem Punkt, insbesondere mehreren Punkten, des fiktiven Kreises die radiale Ausdehnung in der fiktiven Ebene von dem je einen Punkt zu dem radial äußeren tangentialen Teilende größer als die radiale Ausdehnung von dem je einen Punkt, insbesondere mehreren Punkten, zu dem radial inneren tangentialen Teilende. Die Schrägscheibenmaschine weist dadurch eine besonders große Saugfähigkeit auf, weil sämtliche Kolbenbohrungen eine große Querschnittsfläche aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist von dem je einem Punkt, insbesondere mehreren Punkten, des fiktiven Kreises die radiale Ausdehnung in der fiktiven Ebene von dem je einen Punkt zu dem radial äußeren tangentialen Teilende um 5%, 10%, 20%, 30%, 50% oder 70% größer als die radiale Ausdehnung von dem je einen Punkt zu dem radial inneren tangentialen Teilende. Aufgrund der Geometrie des radial äußeren tangentialen Teilendes kann damit eine besonders hohe Vergrößerung der Querschnittsfläche der Kolbenbohrungsöffnung erreicht werden.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der wenigstens eine Punkt auf dem fiktiven Kreis von dem aus die radialen Ausdehnungen zu dem radial äußeren und radial inneren tangentialen Teilende bestimmt ist in bzw. an der Kolbenbohrungsöffnung, insbesondere zwischen dem tangentialen Ende zu dem die radialen Ausdehnungen bestimmt sind. Die radialen Ausdehnungen zu dem radial äußeren und radial inneren tangentialen Teilende sind in einer radialen Richtung, d. h. senkrecht zu der Rotationsachse, bestimmt. Der wenigstens eine Punkt auf dem fiktiven Kreis von dem aus die radialen Ausdehnungen zu dem radial äußeren tangentialen und radial inneren tangentialen Teilende bestimmt ist, ist somit ein Punkt auf dem fiktiven Kreis an der jeweiligen Kolbenbohrungsöffnung zu deren radialen äußeren und radial inneren tangentialen Teilende die radiale Ausdehnung bestimmt ist.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist an einem tangentialen Ende der Krümmungsradius, insbesondere der minimale Krümmungsradius, des radial äußeren tangentialen Teilendes kleiner als der Krümmungsradius, insbesondere der minimale Krümmungsradius, an dem radial inneren tangentialen Teilende. Als eine Krümmung an dem tangentialen Ende der Kolbenbohrungsöffnung kann auch eine Geometrie betrachtet werden, welche an eine gekrümmte Geometrie angenähert ist, beispielsweise indem ein Kreis durch mehrere Segmente angenähert ist.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist bei sämtlichen Kolbenbohrungsöffnungen an beiden tangentialen Enden der Krümmungsradius, insbesondere der minimale Krümmungsradius, des radial äußeren tangentialen Teilendes kleiner als der Krümmungsradius, insbesondere der minimale Krümmungsradius, an dem radial inneren tangentialen Teilende jeweils bezogen auf ein tangentiales Ende.
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Zweckmäßig ist an einem tangentialen Ende der Krümmungsradius, insbesondere der minimale Krümmungsradius, des radial äußeren tangentialen Teilendes kleiner als 95 %, 90 %, 80 %, 70 % oder 50 % des Krümmungsradius, insbesondere des minimalen Krümmungsradius, an dem radial inneren tangentialen Teilende.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Kolbenbohrungsöffnungen nierenförmig ausgebildet und die Kolbenbohrungsöffnungen sind begrenzt jeweils von den beiden tangentialen Enden und radialen Enden und ein Verbindungsbereich zwischen zwei radialen Enden eine radiale Ausdehnung aufweist.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung entspricht die Hälfte der radialen Ausdehnung des Verbindungsbereiches im Wesentlichen, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20%, 10% oder 5%, dem Krümmungsradius an dem radial inneren tangentialen Teilende.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist ein fiktives Zentrum der Kolbenbohrungsöffnung ein Schwerpunkt der Kolbenbohrungsöffnung. Es wird eine fiktive Scheibe mit einer konstanten Dicke an der Kolbenbohrungsöffnung angenommen und der Schwerpunkt der fiktiven Scheibe entspricht dem fiktiven Zentrum der Kolbenbohrungsöffnung.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der radiale Abstand des fiktiven Zentrums der Kolbenbohrungsöffnung zu der Rotationsachse der Zylindertrommel gleich der Hälfte aus der Summe des maximalen und minimalen radialen Abstandes der Kolbenbohrungsöffnung zu der Rotationsachse der Zylindertrommel und/oder die beiden tangentiale Abstände an dem fiktiven Kreis von dem fiktiven Zentrum zu je einem Schnittpunkt zwischen dem fiktiven Kreis und den beiden tangentialen Enden gleich sind.
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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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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Verteilerplatte und das axiale Ende der Zylindertrommel liegt auf der Verteilerplatte auf.
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Zweckmäßig umfasst die Schrägscheibenmaschine wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst die Schwenkwiege eine Auflagefläche zur mittelbaren oder unmittelbaren Lagerung der Kolben auf der Auflagefläche.
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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 eine Ansicht nur einer Kolbenbohrungsöffnung,
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5 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 eine 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 die 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 die Hochdrucköffnung 12 und die 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 Kolbenbohrungsöffnungen 71 zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in und aus den Kolbenbohrungen 6. In der Zylindertrommel 5 ist eine zentrische Bohrung 33 mit einer radialen Ausdehnung 43 ausgebildet. An der zentrischen Bohrung 33 ist eine Verzahngeometrie 67 als eine Innenverzahnung 67 ausgebildet. Entsprechend komplementär hierzu ist an der Antriebswelle 9 eine Gegenverzahngeometrie 67 als eine Außenverzahnung 67 ausgebildet. Die Verzahngeometrie 67 als die Innenverzahnung 67 ist komplementär zu der Gegenverzahngeometrie 67 als der Außenverzahnung 67 (1) ausgebildet. Die Verzahn- und Gegenverzahngeometrie 67 an der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 ist nur an einem axialen Teilabschnitt ausgebildet. Die Verzahngeometrie 67 und die Gegenverzahngeometrie 67 verbinden 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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Die Kolbenbohrungsöffnungen 71 sind nierenförmig ausgebildet und weisen in tangentialer Richtung, das heißt in Richtung einer Tangente auf einen fiktiven Kreis 35, zwei tangentiale Enden 61 auf und ferner in einer radialen Richtung, das heißt senkrecht zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5, zwei radiale Enden 62 auf (4). Der fiktive Kreis 35 ist in einer Ebene senkrecht zu der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5 und ein fiktives Zentrum 34 der Kolbenbohrungsöffnung 71 ist ein Punkt des fiktiven Kreises 35. Ein Mittelpunkt 36 des fiktiven Kreises 35 ist ein Punkt der Rotationsachse 8 der Zylindertrommel 5. Die beiden radialen Enden 62 der Kolbenbohrungsöffnung 71 (4) sind entweder als Gerade ausgebildet oder weisen eine Krümmung auf und der Krümmungsradius entspricht dabei im Wesentlichen dem entsprechend dem radialen Abstand des entsprechenden radialen Endes 62 zu der Rotationsachse 8. Die beiden tangentialen Enden 61 sind von dem fiktiven Kreis 35 in ein radial äußeres tangentiales Teilende 68 und in ein radial inneres tangentiales Teilende 69 unterteilt. Der fiktive Kreis 35 schneidet die beiden tangentialen Enden 61 jeweils an einem Schnittpunkt 77. Die beiden tangentialen Abstände 78 von dem fiktiven Zentrum 34 zu den beiden Schnittpunkten 77 sind gleich. Zwischen den beiden radialen Enden 62 ist ein Verbindungsbereich 74 der Kolbenbohrungsöffnung 71 vorhanden. Die radiale Ausdehnung bzw. der radiale Abstand zwischen den beiden radialen Enden 62 als einer Breite B zwischen den beiden radialen Enden 62 ist doppelt so groß wie ein Krümmungsradius R des radialen inneren tangentialen Teilendes 69. Das fiktive Zentrum 34 ist in radialer Richtung mittig zwischen den beiden radialen Enden 62, d. h. der radiale Abstand des fiktiven Zentrums 34 zu der Rotationsachse 8 entspricht mit Mittelwert aus den radialen Abständen der beiden radialen Enden 62 zu der Rotationsachse 8. Ein Kreis mit dem Krümmungsradius R an dem radialen inneren tangentialen Ende 69 hat den Mittelpunkt 75 und der Mittelpunkt 75 ist ein Punkt auf dem fiktiven Kreis 35. Damit gilt die nachfolgende Formel: R = B/2
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Das radial äußere tangentiale Teilende 68 ist teilweise kreisförmig ausgebildet in der Darstellung gemäß 4 mit einem Krümmungsradius r an dem radial äußeren tangentialen Teilende 68 und außerhalb des Krümmungsradius r beispielsweise als Gerade. Ein Mittelpunkt 76 eines Kreises mit Krümmungsradius r ist kein Punkt des fiktiven Kreises 35, sondern weist einen größeren radialen Abstand zu der Rotationsachse 8 auf als der Radius des fiktiven Kreises 35 ist. Der Krümmungsradius r an dem radial äußeren Teilende 68 ist wesentlich kleiner als der Krümmungsradius R an dem radial inneren tangentialen Teilende 69. In 4 ist die Geometrie des radial äußeren tangentialen Teilendes 68 gemäß dem Stand der Technik strichliert dargestellt. Im Stand der Technik entspricht der Krümmungsradius an dem radial äußeren tangentialen Teilende 68 dem Krümmungsradius R an dem radialen inneren tangentialen Teilende 69. Aufgrund dieser Ausbildung des radial äußeren tangentialen Teilendes 68 ist die radiale Ausdehnung 72 von einem Punkt 70 des fiktiven Kreises 35 zu dem äußeren tangentialen Teilende 68 größer als die radiale Ausdehnung 73 von dem identischen Punkt 70 zu dem radial inneren tangentialen Teilende 69 (4). Im Stand der Technik sind die radialen Ausdehnungen 72, 73 identisch. Die Kolbenbohrungsöffnung 71 weist dadurch in vorteilhafter Weise eine große Querschnittsfläche als Strömungsquerschnittsfläche auf zum Durchleiten von Hydraulikflüssigkeit durch die Kolbenbohrungsöffnung 71. Sämtliche Kolbenbohrungsöffnungen 71 weisen die in 4 dargestellte Geometrie auf.
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Die Kolbenbohrungsöffnungen 71 werden mit einem Fräser hergestellt. Aufgrund der Verwendung von Fräsern mit einem unterschiedlichen Radius für die radial äußeren tangentialen Teilenden 68 und die radial inneren tangentiale Teilenden 69 oder durch eine entsprechend unterschiedliche Bewegung der Fräser kann die in 4 dargestellte Geometrie der Kolbenbohrungsöffnung 71 hergestellt werden. In axialer Richtung von den Kolbenbohrungsöffnungen 71 zu den Kolbenbohrungen 6 tritt keine kleinere Querschnittsfläche auf als an den Kolbenbohrungsöffnungen 71 und vorzugsweise nimmt in axialer Richtung von den Kolbenbohrungsöffnungen 71 zu den Kolbenbohrungen 6, vorzugsweise stetig, die Querschnittsfläche zu.
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In 5 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. An den radial inneren tangentialen Teilenden 69 ist ein großer Krümmungsradius R erforderlich. Die Kolbenbohrungsöffnungen 71 und damit auch die fiktiven Zentren 34 der Kolbenbohrungsöffnungen 71 sind in einem möglichst geringen radialen Abstand zu der Rotationsachse 8 ausgebildet. Dabei ist jedoch ein minimaler radialer Abstand zwischen den Kolbenbohrungsöffnungen 71 und der zentrischen Bohrung 33 notwendig für eine ausreichende Festigkeit zwischen der zentrischen Bohrung 33 und den Kolbenbohrungsöffnungen 71. Für diese ausreichende Festigkeit sind entsprechend große Krümmungsradien R erforderlich. Bei einem kleineren Krümmungsradius R an den radial inneren tangentialen Teilenden 69 müsste der radiale Abstand der Kolbenbohrungen 71 zu der Rotationsachse 8 vergrößert werden. Dies würde jedoch bedeuten, dass beim Ansaugen von Hydraulikflüssigkeit durch die Kolbenbohrungsöffnungen 71, welche eine Rotationsbewegung ausführen, die Rotationsgeschwindigkeit der Kolbenbohrungsöffnungen 71 größer ist dadurch die Hydraulikflüssigkeit beim Einleiten in die Kolbenbohrungsöffnungen 71 auf eine größere Rotationsgeschwindigkeit zu beschleunigen ist und dadurch größere hydraulische Verluste auftreten mit der Folge einer verminderten Saugfähigkeit der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2. Aufgrund der Geometrie der Kolbenbohrungsöffnungen 71 an dem radial äußeren tangentialen Teilende 68 weisen die Kolbenbohrungsöffnungen 71 eine vergrößerte Querschnittsfläche auf. Der kleine Radius r an den radial äußeren tangentialen Teilenden 68 verursacht keine Festigkeitsschwierigkeiten, weil der radiale Abstand von den Kolbenbohrungsöffnungen 71 zu dem äußeren radialen Ende der Zylindertrommel 5 groß ist. Dadurch kann bei einem kleinen radialen Abstand der Kolbenbohrungen 71 zu der Rotationsachse 8 in vorteilhafter Weise die Querschnittsfläche der Kolbenbohrungsöffnungen 71 vergrößert werden. Aufgrund dieser großen, der Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche an den Kolbenbohrungsöffnungen 71 treten beim Ansaugen von Hydraulikflüssigkeit aufgrund der Bewegung der Kolben 7 in den Kolbenbohrungen 6 an den Kolbenbohrungsöffnungen 71 geringe hydraulische Verluste auf. Aufgrund dieser geringen hydraulischen Verluste weist damit in vorteilhafter Weise die Schrägscheibenmaschine 1 eine große Saugfähigkeit auf. Darüber treten auch an der Hochdrucköffnung 12 beim Ein- und Ausströmen der Hydraulikflüssigkeit unter einem größeren Druck beim Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2 in und aus den Kolbenbohrungsöffnungen 71 geringe hydraulische Verluste an den Kolbenbohrungsöffnungen 71 auf wegen der großen Querschnittsflächen der Kolbenbohrungsöffnungen 71, so dass die Schrägscheibenmaschine 1 einen großen Wirkungsgrad aufweist. 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 [0004]
- CH 405934 [0005]
- DE 2733870 C2 [0006]
