DE102015223849A1

DE102015223849A1 - Schrägscheibenmaschine

Info

Publication number: DE102015223849A1
Application number: DE102015223849.0A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Lutz; Dietmar Uhlmann; Frank Scholz; Sebastian Herbster
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Schrägscheibenmaschine (1) als Axialkolbenpumpe (2) und/oder Axialkolbenmotor (3), umfassend eine um eine Rotationsachse (8) drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel (5) mit Kolbenbohrungen (6), in den Kolbenbohrungen (6) beweglich gelagerte Kolben (7), eine um eine Schwenkachse (8) verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege (14), wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24 zum Verschwenken der Schwenkwiege (14), wenigstens eine Verbindungsstelle (32) zur Verbindung der wenigstens einen Schwenkeinrichtung (24) mit der Schwenkwiege (14) mit je einer Lagerkalotte (31) mit einer konkaven Oberfläche und je einem Lagerkopf (19) mit einer konvexen Oberfläche und der je eine Lagerkopf (19) in der je einen Lagerkalotte (31) gelagert ist, wobei die wenigstens eine Lagerkalotte (31) an je einem Kalottenbauteil (69) ausgebildet ist und das wenigstens eine Kalottenbauteil (69) ein zusätzliches Bauteil (69) in Ergänzung zu der Schwenkwiege (14) und Schwenkeinrichtung (24) ist und das wenigstens eine Kalottenbauteil (69) an der Schwenkwiege (14) oder an der wenigstens einen Schwenkeinrichtung (24) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Stand der Technik
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 liegen Gleitschuhe auf, welche an einer Rückhaltescheibe befestigt sind. 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 Schwenkwiege wird von zwei hydraulischen Schwenkeinrichtungen, die je von einem Verstellkolben und einem Verstellzylinder gebildet sind, um eine Schwenkachse verschwenkt. Dabei ist an dem Verstellkolben eine Lagerkugel befestigt und die Lagerkugel ist an einer teilkugelförmigen Lagerkalotte an der Schwenkwiege gelagert. Zwischen der Lagerkugel und der Lagerkalotte ist eine hydrostatisch entlastete Gleitlagerung ausgebildet. Die Lagerkalotte ist einteilig an der Schwenkwiege ausgebildet. Aufgrund der Notwendigkeit einer Ausbildung der Lagerkalotte aus gehärteten Stahl ist eine fertigungstechnisch aufwendige und teure Ausbildung der Schwenkwiege aus gehärteten Stahl notwendig. An der Lagerkugel ist vorderseitig eine fertigungsbedingte Zentrierbohrung vorhanden, so dass an der Lagerkugel hohe Flächenpressungen am vorderen Endabschnitt im Bereich der Zentrierbohrung auftreten. Aufgrund von unvermeidbaren Fertigungsungenauigkeiten werden die von dem Verstellkolben auf die Schwenkwiege aufgebrachten Druckkräfte im Wesentlichen an dem vorderen Endabschnitt von der Lagerkugel auf die Lagerkalotte übertragen. Dies führt zu einem großen mechanischen Verschleiß. Aufgrund der hohen Flächenpressungen ist die hydrostatische Entlastung erforderlich, welche einen Verlust an hydraulischer Energie bedingt, so dass damit der Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine reduziert wird.
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.
Die 10 2013 210 440 A1 zeigt eine Schrägscheibenmaschine mit einer einteiligen Ausbildung der Lagerkalotten an der Schwenkwiege. Damit ist ein aufwendiger Härteprozess an der Schwenkwiege notwendig für die Ausbildung der Lagerkalotten aus gehärteten Stahl. Ein Austausch nur der Lagerkalotten ist nicht möglich und kann lediglich mittels eines sehr kostspieligen Austausches der gesamten Schwenkwiege ausgeführt werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
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 um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege, wenigstens eine Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege, wenigstens eine Verbindungsstelle zur Verbindung der wenigstens einen Schwenkeinrichtung mit der Schwenkwiege mit je einer Lagerkalotte mit einer konkaven Oberfläche und je einem Lagerkopf mit einer konvexen Oberfläche und der je eine Lagerkopf in der je einen Lagerkalotte gelagert ist, wobei die wenigstens eine Lagerkalotte an je einem Kalottenbauteil ausgebildet ist und das wenigstens eine Kalottenbauteil ein zusätzliches Bauteil in Ergänzung zu der Schwenkwiege und Schwenkeinrichtung ist und das wenigstens eine Kalottenbauteil an der Schwenkwiege oder an der wenigstens einen Schwenkeinrichtung befestigt ist. Die wenigstens eine Lagerkalotte ist an je einem Kalottenbauteil ausgebildet und das wenigstens eine Kalottenbauteil ist ein zusätzliches Bauteil in Ergänzung der Schwenkwiege und der Schwenkeinrichtung. Aufgrund der Notwendigkeit der Ausbildung der Lagerkalotte aus gehärtetem Stahl ist damit ein Härteprozess für die Schwenkwiege nicht mehr notwendig. Die Herstellung der Schrägscheibenmaschine ist dadurch kostengünstiger. Die Schwenkwiege kann durch aus einem ungehärteten Stahl preiswert hergestellt werden. Außerdem tritt dadurch kein Härteverzug der Schwenkwiege auf, so dass die hieraus resultierende erforderliche Nachbearbeitung bei einem Vorhandensein eines Härteverzuges für die Herstellung der Schwenkwiege entfallen kann. Die Herstellungskosten der Schwenkwiege sind dadurch nochmals günstiger
Insbesondere ist das wenigstens eine Kalottenbauteil mit je einer Verbindungsvorrichtung an der Schwenkwiege oder der wenigstens einen Schwenkeinrichtung befestigt. Eine Verbindung des Kalottenbauteils mittels der Lagerkalotte und des Lagerkopfes mit der Schwenkwiege oder mit der Schwenkeinrichtung wird nicht als Verbindungsvorrichtung betrachtet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Verbindungsvorrichtung als eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindungsvorrichtung ausgebildet
In einer ergänzenden Ausführungsform ist die wenigstens eine Verbindungsvorrichtung als eine lösbare oder unlösbare Verbindungsvorrichtung ausgebildet. Bei einer lösbaren Verbindungsvorrichtung, beispielsweise einer Schraubverbindung, kann das Kalottenbauteil von der Schwenkwiege entfernt und ausgetauscht werden und durch ein neues Kalottenbauteil ausgetauscht werden. Bei einem mechanischen Verschleiß an der Lagerkalotte kann dadurch durch einen einfachen Austausch nur des Kalottenbauteiles ein entsprechender Schaden an der Schrägscheibenmaschine einfach und preiswert mit einem geringen Reparaturaufwand behoben werden.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Verbindungsvorrichtung als ein Presssitz und/oder eine Schweißverbindung und/oder Schraubverbindungsvorrichtung ausgebildet.
In einer Variante umfasst die wenigstens eine Verbindungsvorrichtung je einen Befestigungsstutzen und je eine Befestigungsaussparung und der je eine Befestigungsstutzen ist formschlüssig in der je einen Befestigungsaussparung befestigt. Eine formschlüssige Befestigung des Befestigungsstutzens an der Befestigungsaussparung ist eine besonders preiswerte und zuverlässige Befestigung. Dadurch können auch große Kräfte von dem Kalottenbauteil auf die Schwenkwiege oder die Schwenkeinrichtung zuverlässig übertragen werden mit geringen Herstellungskosten.
In einer ersten Ausgestaltung ist das Kalottenbauteil mit der Verbindungsvorrichtung an der Schwenkwiege befestigt und der Lagerkopf ist an der Schwenkeinrichtung ausgebildet, vorzugsweise ist der Lagerkopf einteilig an einem Verstellkolben der Schwenkeinrichtung ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kalottenbauteil an der Schwenkeinrichtung, vorzugsweise an dem Verstellkolben der Schwenkeinrichtung ausgebildet, insbesondere ist das Kalottenbauteil mit der in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verbindungsvorrichtung an dem Verstellkolben befestigt und das Kalottenbauteil und der Verstellkolben sind ein gesondertes Bauteil und der Lagerkopf ist an der Schwenkwiege ausgebildet, vorzugsweise ist der Lagerkopf mit der in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verbindungsvorrichtung an der Schwenkwiege befestigt und der Lagerkopf ist ein gesondertes Bauteil in Ergänzung zu der Schwenkwiege.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der wenigstens eine Lagerkopf einen Mittelpunkt und/oder Drehpunkt und/oder Schwerpunkt auf und der minimale Abstand des Mittelpunktes und/oder Drehpunktes und/oder Schwenkpunktes zu einer fiktiven Ebene auf der Auflagefläche der Schwenkwiege im Wesentlichen, vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20%, 10% oder 5%, dem minimalen Abstand der Schwenkachse der Schwenkwiege zu der fiktiven Ebene entspricht in einer Schnittebene senkrecht zu der Schwenkachse der Schwenkwiege und der Mittelpunkt und/oder Drehpunkt und/oder Schwerpunkt ein Punkt der Schnittebene ist.
In einer ergänzenden Variante das wenigstens eine Kalottenbauteil, vorzugsweise vollständig, aus gehärteten Stahl ausgebildet ist und/oder die Schwenkwiege, vorzugsweise vollständig, aus ungehärteten Stahl ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der wenigstens eine Lagerkopf einen fiktiven vorderen Endabschnitt auf und die wenigstens eine Lagerkalotte weist einen fiktiven hinteren Endabschnitt auf und die Geometrie des wenigstens einen Lagerkopfes und/oder der wenigstens einen Lagerkalotte dahingehend ausgebildet sind, dass die Lagerung des wenigstens einen Lagerkopfes an der wenigstens einen Lagerkalotte außerhalb des fiktiven vorderen Endabschnittes des wenigstens einen Lagerkopfes und/oder außerhalb des fiktiven hinteren Endabschnittes der wenigstens einen Lagerkalotte ausgeführt ist, insbesondere bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege, bei welchem die Auflagefläche der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist. Der wenigstens eine Lagerkopf ist außerhalb des vorderen Endabschnittes an der wenigstens einen Lagerkalotte außerhalb des fiktiven hinteren Endabschnittes gelagert. Damit kommt es zwischen dem wenigstens einem Lagerkopf und der wenigstens einen Lagerkalotte an dem vorderen Endabschnitt des wenigstens einen Lagekopfes und an dem hinteren Endabschnitt der wenigstens einen Lagerkalotte zu keinem Kontakt und damit auch zu keiner Flächenpressung. Ein Gleitlagerbereich zwischen dem wenigstens einem Lagerkopf und der wenigstens einen Lagerkalotte weist somit eine große Fläche auf, so dass dadurch eine geringe Flächenpressung zwischen dem wenigstens einem Lagerkopf und der wenigstens einen Lagerkalotte auftritt. Die geringen Flächenpressungen führen zu einem geringen mechanischen Verschleiß zwischen dem wenigstens einen Lagerkopf und der wenigstens einen Lagerkalotte, so dass dadurch eine große Lebensdauer der Schrägscheibenmaschine gewährleistet ist und außerdem in vorteilhafter Weise auf eine hydrostatische Entlastung der Gleitlagerung zwischen dem wenigstens einen Lagerkopf und der wenigstens einen Lagerkalotte verzichtet werden kann.
Insbesondere weist der wenigstens eine Lagerkopf und/oder die wenigstens eine Lagerkalotte eine von einer, insbesondere nur einen, Teilkugel abweichende Form auf.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine Lagerkopf von einer fiktiven Ebene senkrecht zu einer Längsachse des wenigstens einen Lagerkopfes in den fiktiven vorderen Endabschnitt und in einen fiktiven hinteren Endabschnitt unterteilt und der fiktive vordere Endabschnitt in der Ausdehnung in Richtung der Längsachse umfasst weniger als 70%, 50%, 40%, 30%, 20%,10% oder 5% der Gesamtausdehnung des wenigstens einen Lagerkopfes in Richtung der Längsachse und vorzugsweise umfasst der fiktive vordere Endabschnitt in der Ausdehnung in Richtung der Längsachse mehr als 2%, 3%, 5%, 10%, 20% oder 30% der Gesamtausdehnung des wenigstens einen Lagerkopfes in Richtung der Längsachse.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist die wenigstens eine Lagerkalotte von einer fiktiven Ebene senkrecht zu einer Längsachse der wenigstens einen Lagerkalotte in einen fiktiven vorderen Endabschnitt und in den fiktiven hinteren Endabschnitt unterteilt und der fiktive hintere Endabschnitt in der Ausdehnung in Richtung der Längsachse umfasst weniger als 70%, 50%, 40% oder 30% der Gesamtausdehnung der wenigstens einen Lagerkalotte in Richtung der Längsachse und vorzugsweise umfasst der fiktive hintere Endabschnitt in der Ausdehnung in Richtung der Längsachse mehr als 5%, 10%, 20% oder 30% der Gesamtausdehnung der wenigstens einen Lagerkalotte in Richtung der Längsachse.
In einer weiteren Ausführungsform entspricht die Längsachse des wenigstens einen Lagerkopfes bei einer Anordnung bzw. Befestigung des wenigstens einen Lagerkopfes an der Schwenkeinrichtung der Bewegungsrichtung der Schwenkeinrichtung, insbesondere einer Längsachse eines Verstellzylinders mit einem Verstellkolben entspricht, und/oder die Längsachse der wenigstens einen Lagerkalotte bei einer Anordnung bzw. Befestigung des wenigstens einen Kalottenbauteils mit der je einen Lagerkalotte an der Schwenkeinrichtung der Bewegungsrichtung der Schwenkeinrichtung entspricht, insbesondere einer Längsachse eines Verstellzylinders mit einem Verstellkolben. Bei einer Anordnung der Lagerkalotte an der Schwenkeinrichtung entspricht somit die Bewegungsrichtung der Schwenkeinrichtung der Längsachse der Lagerkalotte und bei einer Anordnung des Lagerkopfes an der Schwenkeinrichtung entspricht die Längsachse des Lagerkopfes der Bewegungsrichtung der Schwenkeinrichtung.
In einer weiteren Variante sind bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege, bei welchem die Auflagefläche der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist, die Längsachse der wenigstens einen Lagerkalotte oder des wenigstens einen Lagerkopfes identisch und/oder die Längsachse des wenigstens einen Lagerkopfes im Wesentlichen einer Symmetrieachse des wenigstens einen Lagerkopfes entspricht und/oder die Längsachse der wenigstens einen Lagerkalotte im Wesentlichen einer Symmetrieachse der wenigstens einen Lagerkalotte entspricht. Bei einem Schwenkwinkel von 0° der Schwenkwiege entspricht die Längsachse der Lagerkalotte an der Schwenkwiege der Längsachse des Lagerkopfes an der Schwenkeinrichtung oder umgekehrt.
Zweckmäßig ist die Lagerung des wenigstens einen Lagerkopfes an der wenigstens einen Lagerkalotte ausschließlich außerhalb des fiktiven vorderen Endabschnittes des wenigstens einen Lagerkopfes und/oder ausschließlich außerhalb des fiktiven hinteren Endabschnittes der wenigstens einen Lagerkalotte ausgeführt, insbesondere bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege, bei welchem die Auflagefläche der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Lagerung des wenigstens einen Lagerkopfes an der wenigstens einen Lagerkalotte, insbesondere ausschließlich, an dem fiktiven hinteren Endabschnittes des wenigstens einen Lagerkopfes und/oder, insbesondere ausschließlich, an dem fiktiven vorderen Endabschnittes der wenigstens einen Lagerkalotte ausgeführt, insbesondere bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege, bei welchem die Auflagefläche der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist. Der wenigstens eine Lagerkopf ist mit dem fiktiven hinteren Endabschnitt an dem fiktiven vorderen Endabschnitt der wenigstens einen Lagerkalotte gelagert, d. h. der wenigstens eine Lagerkopf liegt in Kontakt bzw. es besteht eine Gleitlagerung zwischen dem fiktiven hinteren Endabschnitt des Lagerkopfes und dem fiktiven vorderen Endabschnitt der wenigstens einen Lagerkalotte. Dadurch ist in vorteilhafter Weise ein großer Gleitlagerbereich, d. h. ein großer Flächenbereich zwischen dem Lagerkopf und der Lagerkalotte vorhanden, auf welchem beide aufeinander liegen, so dass dadurch geringe Flächenpressungen zwischen dem Lagerkopf und der Lagerkalotte auftreten und dies auch bei Fertigungsungenauigkeiten an dem Lagerkopf und der Lagerkalotte.
Insbesondere besteht zwischen dem fiktiven vorderen Endabschnittes des wenigstens einen Lagerkopfes und dem fiktiven hinteren Endabschnittes der wenigstens einen Lagerkalotte ein Abstand von wenigstens 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm oder 2 mm, insbesondere bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege, bei welchem die Auflagefläche der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der fiktive vordere Endabschnitt des wenigstens einen Lagerkopfes teilkugelförmig, insbesondere mit zwei fiktiven Teilkugeln mit einem unterschiedlichen Mittelpunkt, ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist der fiktive hintere Endabschnitt der wenigstens einen Lagerkalotte teilkugelförmig, insbesondere mit zwei fiktiven Teilkugeln mit einem unterschiedlichen Mittelpunkt, ausgebildet.
In einer weiteren Variante ist der Radius der wenigstens einer fiktiven Teilkugel der wenigstens einen Lagerkalotte an dem fiktiven hinteren Endabschnitt größer als der Radius der wenigstens einen fiktiven Teilkugel des wenigstens einen Lagerkopfes an dem fiktiven vorderen Endabschnitt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der fiktive vordere Endabschnitt des wenigstens einen Lagerkopfes teilweise als wenigstens ein Rotationsellipsoid ausgebildet und/oder der fiktive hintere Endabschnitt der wenigstens einen Lagerkalotte ist teilweise als wenigstens ein Rotationsellipsoid ausgebildet und/oder das wenigstens eine Kalottenbauteil mit der je einen Lagerkalotte ist an der Schwenkwiege und der wenigstens eine Lagerkopf an der wenigstens einen Schwenkeinrichtung ausgebildet bzw. befestigt oder umgekehrt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Verbindungsstelle zwischen der wenigstens einen Schwenkeinrichtung und der Schwenkwiege keine hydrostatische Entlastung auf.
In einer Variante ist die Schwenkachse der Schwenkwiege senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebswelle und der Zylindertrommel ausgerichtet.
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.
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.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege.
In einer Variante umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Niederdrucköffnung zum Ein- und/oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in die und/oder aus den rotierenden Kolbenbohrungen.
In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Schrägscheibenmaschine eine Hochdrucköffnung zum Aus- und/oder Einleiten von Hydraulikflüssigkeit aus den und/oder in die rotierenden Kolbenbohrungen.
In einer ergänzenden Variante umfasst die Schrägscheibenmaschine eine mit der Zylindertrommel drehfest verbundene Antriebswelle, welche um die Rotationsachse drehbar bzw. rotierend gelagert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt einer Schrägscheibenmaschine,
2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 einer Ventilscheibe der Schrägscheibenmaschine sowie eine Ansicht einer Schwenkwiege,
3 einen Längsschnitt eines Kalottenbauteiles in einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Lagerkalotte, welches an einem Schwenkarm der Schwenkwiege befestigt ist,
4 eine perspektivische Ansicht des Kalottenbauteiles gemäß 3,
5 einen weiteren Längsschnitt des Kalottenbauteiles gemäß 3, welches an einem Schwenkarm der Schwenkwiege befestigt ist,
6 einen Längsschnitt des Kalottenbauteiles in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 einen Längsschnitt des Kalottenbauteiles in einem dritten Ausführungsbeispiel,
8 einen Längsschnitt des Kalottenbauteiles in einem vierten Ausführungsbeispiel,
9 einen Längsschnitt der Lagerkalotte einer Verbindungsstelle in einem ersten Ausführungsbeispiel,
10 einen Längsschnitt der Lagerkalotte mit einem Lagerkopf der Verbindungsstelle gemäß 9 bei einem Schwenkwinkel von 0° der Schwenkwiege,
11 einen Längsschnitt der Lagerkalotte mit dem Lagerkopf der Verbindungsstelle gemäß 9 bei einem Schwenkwinkel von 20° der Schwenkwiege,
12 einen Längsschnitt der Lagerkalotte mit einem Lagerkopf der Verbindungsstelle in einem zweiten Ausführungsbeispiel bei einem Schwenkwinkel von 0° der Schwenkwiege,
13 einen Längsschnitt der Lagerkalotte mit dem Lagerkopf der Verbindungsstelle gemäß 12 bei einem Schwenkwinkel von 20° der Schwenkwiege,
14 einen Teillängsschnitt der Schrägscheibenmaschine in einem weiteren Ausführungsbeispiel und
15 einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine in 1 in einem Längsschnitt dargestellte Schrägscheibenmaschine 1 dient als Axialkolbenpumpe 2 zur Umsetzung bzw. Umwandlung mechanischer Energie (Drehmoment, Drehzahl) in hydraulische Energie (Volumenstrom, Druck) oder als Axialkolbenmotor 3 zur Umsetzung bzw. Umwandlung hydraulischer Energie (Volumenstrom, Druck) in mechanische Energie (Drehmoment, Drehzahl). Eine Antriebswelle 9 ist mittels einer Lagerung 10 an einem Flansch 21 eines- oder mehrteiligen Gehäuse 4 und mit einer weiteren Lagerung 10 an dem Gehäuse 4 der Schrägscheibenmaschine 1 um eine Rotationsachse 8 drehbar bzw. rotierend gelagert (1). Mit der Antriebswelle 9 ist eine Zylindertrommel 5 drehfest verbunden, wobei die Antriebswelle 9 und die Zylindertrommel 5 zweiteilig ausgebildet sind und die Grenze zwischen der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 in 1 strichliert dargestellt ist. Die Zylindertrommel 5 ist axial bezüglich der Antriebswelle 9 beweglich. Die Zylindertrommel 5 ist mit einer nicht dargestellten Zentralfeder mit einem axialen Ende 66 auf eine Ventilscheibe 11 gedrückt. 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 fluiddicht einen Innenraum 44, der mit Hydraulikflüssigkeit befüllt ist.
Die Schwenkwiege 14 weist eine ebene bzw. plane Auflagefläche 18 zur mittelbaren Auflage einer Rückhaltescheibe 37 auf. Die Rückhaltescheibe 37 weist Bohrungen auf und innerhalb der Bohrungen sind Gleitschuhe 39 angeordnet. Die Gleitschuhe 39 liegen unmittelbar auf der Auflagefläche 18 auf. Die Rückhaltescheibe 37 ist somit mit einer Vielzahl von Gleitschuhen 39 verbunden 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. Die Rückhaltescheibe 37 weist Bohrungen (nicht dargestellt) auf, innerhalb derer jeweils ein Gleitschuh 39 angeordnet ist. Die Gleitschuhe 39 liegen unmittelbar auf der Auflagefläche 18 auf und sind radial innerhalb der Bohrungen an der Rückhaltscheibe 37 beweglich. 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 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 unmittelbarem Kontakt zu der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 steht, wird die Rückhaltescheibe 37 von einer Druckfeder 41 unter einer Druckkraft in Richtung zu der Auflagefläche 18 gedrückt und damit auch die Gleitschuhe 39 auf die Auflagefläche 18.
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. Bei einem Schwenkwinkel α von 0° ist die Auflagefläche 18 senkrecht zu der Rotationsachse 8 der Antriebswelle 9 ausgerichtet.
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 Lagerkopf 19 auf, in welcher eine Lagerkalotte 31 gelagert ist. Dabei ist die Lagerkalotte 31 an einem gesonderten Kalottenbauteil 69 ausgebildet und das Kalottenbauteil 69 ist an einem Schwenkarm 16 (1 bis 2) der Schwenkwiege 14 befestigt. Das Kalottenbauteil 69 und die Schwenkwiege 14 sind getrennte bzw. separate Bauteile 14, 69. Die erste und zweite Schwenkeinrichtung 25, 26 ist somit mit jeweils einer Lagerkopf 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.
Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 als Axialkolbenpumpe 2 ist bei konstanter Drehzahl der Antriebswelle 9 der von der Schrägscheibenmaschine 1 geförderte Volumenstrom umso größer, je größer der Betrag des Schwenkwinkels α ist und umgekehrt. Hierzu liegt an dem in 1 rechts dargestellten Ende der Zylindertrommel 5 eine Ventilscheibe 11 auf, mit einer nierenförmigen Hochdrucköffnung 12 und einer nierenförmigen Niederdrucköffnung 13. Die Kolbenbohrungen 6 der rotierenden Zylindertrommel 5 werden somit fluidleitend bei einer Anordnung an der Hochdrucköffnung 12 mit der Hochdrucköffnung 12 verbunden und bei einer Anordnung an der Niederdrucköffnung 13 mit der Niederdrucköffnung 13 fluidleitend verbunden. Bei einem Schwenkwinkel α von 0° und bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 beispielsweise als Axialkolbenpumpe 2 wird trotz einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 und der Zylindertrommel 5 keine Hydraulikflüssigkeit von der Axialkolbenpumpe 2 gefördert, da die Kolben 7 keine Hubbewegungen in den Kolbenbohrungen 6 ausführen. Bei einem Betrieb der Schrägscheibenmaschine 1 sowohl als Axialkolbenpumpe 2 als auch als Axialkolbenmotor 3 weisen die temporär in fluidleitender Verbindung mit der Hochdrucköffnung 12 stehenden Kolbenbohrungen 6 einen größeren Druck an Hydraulikflüssigkeit auf als die Kolbenbohrungen 6, welche temporär in fluidleitender Verbindung mit der Niederdrucköffnung 13 stehen. 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.
Die Verbindungsstelle 32 zwischen der Schwenkeinrichtung 24 und der Schwenkwiege 14 ist mittels einer Gleitlagerung ausgebildet, indem ein Lagekopf 19 mit einer konvexen Oberfläche an einer Lagerkalotte 31 mit einer konkaven Oberfläche gelagert ist. Die Lagerkalotte 31 ist an einem Kalottenbauteil 69 ausgebildet als ergänzendes Bauteil zu der Schwenkwiege 14 und das Kalottenbauteil 69 ist an einem Schwenkarm 16 der Schwenkwiege 14 befestigt und der Lagerkopf 19 ist fest mit dem Verstellkolben 29 verbunden, d. h. der Lagerkopf 19 ist einteilig an dem Verstellkolben 29 ausgebildet.
In den 9 bis 11 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für die Verbindungsstelle 32 zwischen dem Verstellkolben 29 und der Schwenkwiege 14 dargestellt, d. h. ein erstes Ausführungsbeispiel für die Geometrie des Lagerkopfes 19 und der Lagerkalotte 31. In 9 und 10 beträgt der Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 0° und in 11 beträgt der Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 ungefähr 20°. Der Lagerkopf 19 ist als eine Teilkugel mit dem Radius R₂´ und dem Mittelpunkt M₃´ ausgebildet und fest mit dem Verstellkolben 29 verbunden. Eine Längsachse 35 des Lagerkopfes 19 entspricht einer Symmetrieachse des Lagerkopfes 19 und ferner entspricht die Längsachse 35 auch einer Längsachse des Verstellkolbens 29 sowie auch einer Längsachse bzw. Bewegungsrichtung des Verstellkolbens 29 innerhalb des Verstellzylinders 30. Eine fiktive Ebene 38 ist senkrecht zu der Längsachse 35 des Lagerkopfes 19 ausgerichtet und unterteilt den Lagerkopf 19 in einen fiktiven vorderen Endabschnitt 17 und in einen fiktiven hinteren Endabschnitt 23. Koaxial und konzentrisch zu der Längsachse 35 weist der Lagerkopf 19 außerdem eine Zentrierbohrung 43 auf welche fertigungsbedingt ist. Die Zentrierbohrung 43 weist einen äußeren Durchmesser D₃ und einen inneren Durchmesser D₄ auf. Dabei ist mittels eines in der Schnittbildung in 10 als Radius r_s dargestellten Teilkugel ein stetiger Übergang zwischen der Zentrierbohrung 43 an dem inneren Durchmesser D₄ und an dem äußeren Durchmesser D₃ ausgebildet. Eine Längsachse 36 der Lagerkalotte 31 ist identisch bei dem Schwenkwinkel α von 0° der Schwenkwiege 14 zu der Längsachse 35 des Lagerkopfes 19.
Eine fiktive Ebene 62 ist senkrecht zu der Längsachse 36 der Lagerkalotte 31 ausgerichtet und unterteilt die Lagerkalotte 31 in einen fiktiven vorderen Endabschnitt 33 und einen fiktiven hinteren Endabschnitt 34 gemäß der Darstellung in 10. Die Lagerkalotte 31 weist an dem fiktiven vorderen Endabschnitt 33 zunächst einen konisch ausgebildeten Einführkonus 68 auf mit einem Öffnungswinkel β. Im Anschluss an den Einführkonus 68 ist die Lagerkalotte 31 von zwei Teilkugeln gebildet und die beiden Teilkugeln weisen die Mittelpunkte M₁´ und M₂´ auf. Der Radius der beiden Teilkugeln mit den Mittelpunkten M₁´ und M₂´ ist identisch und beträgt R₁´. Die beiden Teilkugeln der Lagerkalotte 31 sind getrennt von einer Ebene senkrecht durch die Zeichenebene von 9 und durch die Längsachse 36 der Lagerkalotte 31. Die Ausdehnung a des vorderen Endabschnittes 33 der Lagerkalotte 31 beträgt ungefähr 70% der Gesamtausdehnung c der Lagerkalotte 31 in Richtung der Längsachse 36 der Lagerkalotte 31 und die Ausdehnung b des hinteren Endabschnittes 34 der Lagerkalotte 31 in Richtung der Längsachse 36 der Lagerkalotte 31 beträgt ungefähr 30% der Gesamtausdehnung c der Lagerkalotte 31 in Richtung der Längsachse 36 gemäß 10.
Zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31 besteht nur an einem Gleitlagerbereich 61 ein Kontakt zueinander, so dass außerhalb des Gleitlagerbereiches 61 zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31 ein Zwischenraum 67 vorhanden ist. An dem Gleitlagerbereich 61 besteht somit eine Gleitlagerung zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31. Die fiktive Ebene 38, welche senkrecht auf der Längsachse 35 des Lagerkopfes 19 steht und die fiktive Ebene 62 der Lagerkalotte 31, welche senkrecht auf der Längsachse 36 der Lagerkalotte 31 steht, sind nur bei einem Schwenkwinkel α der Schwenkwiege 14 von 0° gemäß der Darstellung in 10 identisch. An dem vorderen Endabschnitt 17 des Lagerkopfes 19 besteht kein Kontakt zu der Lagerkalotte 31 und in analoger Weise besteht an dem hinteren Endabschnitt 34 der Lagerkalotte 31 kein Kontakt zu dem Lagerkopf 19. Gemäß der Darstellung in 10 besteht somit links von den fiktiven Ebenen 38, 62 kein Kontakt zwischen der Lagerkalotte 31 und dem Lagerkopf 19 und nur rechts von den Ebenen 38, 62 besteht an dem Gleitlagerbereich 61 ein Kontakt zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31, jedoch nicht an dem Einführkonus 68 der Lagerkalotte 31. Bei einem Schwenkwinkel α von 20° der Schwenkwiege 14 sind die fiktive Ebene 38 und die fiktive Ebene 62 keine identischen Ebenen 38, 62, da auch die Längsachsen 36 und 35 auseinanderfallen. Gemäß der Darstellung in 11 besteht links von der fiktiven Ebene 38 des Lagerkopfes 19 kein Kontakt des Lagerkopfes 19 zu der Lagerkalotte 31 und gemäß der Darstellung in 11 besteht links von der fiktiven Ebene 62 kein Kontakt zwischen der Lagerkalotte 31 und dem Lagerkopf 19. In dem in 9 bis 11 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der Verbindungsstelle 32 weist der Lagerkopf 19 teilweise die Form nur einer Teilkugel auf, d. h. der Lagerkopf 19 ist in dem in 9 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Lagerkugel 19 bzw. als eine Lagerteilkugel 19 ausgebildet.
Die Ausdehnung d des vorderen Endabschnittes 17 des Lagerkopfes 19 beträgt ungefähr 20% der Gesamtausdehnung f des Lagerkopfes 19 jeweils in Richtung der Längsachse 35 des Lagerkopfes 19 und die Ausdehnung e des hinteren Endabschnittes 23 des Lagerkopfes 19 in Richtung der Längsachse 35 entspricht ungefähr 80% der Gesamtausdehnung f des Lagerkopfes 19 in Richtung der Längsachse 35 bei einem Schwenkwinkel von 0° gemäß 5. In 5 ergeben sich bei dem Schwenkwinkel von 20° andere %-Werte.
In den 12 und 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Verbindungsstelle 32 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 9 bis 11 beschrieben. Die Geometrie der Lagerkalotte 31 entspricht die nur einer Teilkugel und die Lagerkalotte 31 ist gebildet von einer Teilkugel mit dem Mittelpunkt M₁ und dem Radius R₁. Der Lagerkopf 19 ist gebildet von zwei Teilkugeln mit den Radien R₂ und den Mittelpunkten M₂ und M₃. Dabei sind die beiden Radien R₂ des Lagerkopfes 19 kleiner als der Radius R₁ der Lagerkalotte 31. Die Lagerkalotte 31 ist somit von nur einer Teilkugel mit dem Radius R₁ und dem nur einen Mittelpunkt M₁ gebildet und der Lagerkopf 19 von zwei Teilkugeln mit den Mittelpunkten M₂ und M₃ jeweils mit den Radien R₂. Die beiden Teilkugeln des Lagerkopfes 19 sind dabei durch eine fiktive Ebene senkrecht zu der Zeichenebene von 12 und durch die Längsachse 35 voneinander getrennt. Dadurch bildet sich auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Verbindungsstelle 32 ein Gleitlagerbereich 61 zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31 aus, so dass beispielsweise bei dem in 12 dargestellten Schwenkwinkel α von 0° der Schwenkwiege 14 links von den fiktiven Ebenen 38, 62 kein Kontakt zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31 vorhanden ist und damit die Gleitlagerung zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31 ausschließlich an dem Gleitlagerbereich 61 ausgeführt ist.
In 14 ist ein weiterer Teillängsschnitt der Schrägscheibenmaschine 1 dargestellt. Die Schwenkwiege 14 weist einen Schwenkwinkel α von 0° auf, d. h. eine von der Auflagefläche 18 aufgespannte fiktive Ebene ist senkrecht zu der Rotationsachse 8 der Antriebswelle 9. Dabei sind in dieser Ausbildung entgegen den in 9 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispielen die Längsachsen 35, 36 nicht parallel zu der Rotationsachse 8 ausgerichtet, sondern in einem spitzen Winkel zu der Rotationsachse 8 der Antriebswelle 9.
Die Lagerkalotte 31 mit der konvexen Oberfläche ist ausschließlich an dem Kalottenbauteil 69 ausgebildet. Das Kalottenbauteil 69 aus gehärtetem Stahl ist mit einer Verbindungsvorrichtung 70 an der Schwenkwiege 14, d. h. einem Schwenkarm 16 der Schwenkwiege 14 befestigt. Die Schrägscheibenmaschine 1 weist somit insgesamt zwei Kalottenbauteile 69 auf, welche auf der Schwenkwiege 14 befestigt sind. Die Verbindungsvorrichtung 70 ist an dem Kalottenbauteil 69 als ein Befestigungsstutzen 72 ausgebildet und an der Schwenkwiege 14 als eine Befestigungsaussparung 73. An den beiden Schwenkarmen 16 der Schwenkwiege 14 ist jeweils eine erste Bohrung 74 und eine zweite Bohrung 75 ausgebildet (3). Die erste Bohrung 74 weist einen Durchmesser von 10 mm auf und die zweite Bohrung 75 weist einen Durchmesser von 5 mm auf. Lediglich die erste Bohrung 74 dient zur Befestigung des Befestigungsstutzens 72, so dass lediglich die erste Bohrung 74 zusätzlich auch die Verbindungsvorrichtung 70 ausbildet. Der Durchmesser des Befestigungsstutzens 72 ist um 25 µm größer als der Durchmesser der ersten Bohrung 74, so dass dadurch der Befestigungsstutzen 72 mittels eines Presssitzes 71 zusätzlich kraftschlüssig in der ersten Bohrung 74 befestigt ist. Der Befestigungsstutzen 72 in dem ersten Ausführungsbeispiel des Kalottenbauteils 69 gemäß 3 bis 5 weist an dem Endbereich eine Phase 80 auf. Die Verbindungsvorrichtung 70 ist dahingehend ausgebildet, dass in einer Schnittebene senkrecht zu der Schwenkachse 15, wobei die Schnittebene der Zeichenebene von 5 entspricht, der minimale Abstand 79 der Schwenkachse 15 der Schwenkwiege von einer fiktiven Ebene 77 auf der Auflagefläche 18 der Schwenkwiege 14 dem minimalen Abstand 78 eines Drehpunktes 76 von der fiktiven Ebene 77 entspricht. Der Drehpunkt 76 ist ein Punkt des Lagerkopfes 19 um den der Lagerkopf 19 relativ zu der Lagerkalotte 31 eine Drehbewegung ausführt. Der Drehpunkt 76 kann sich aufgrund der Geometrie des Lagerkopfes 19 und der Lagerkalotte 31 auch verändern bei unterschiedlichen Drehpositionen des Lagerkopfes 19 relativ zu der Lagerkalotte 31. Dadurch kann eine Minimierung der Querkräfte an dem Kalottenbauteil 69 erreicht werden.
In 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Kalottenbauteiles 69 abgebildet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 bis 5 beschrieben. Das Kalottenbautei 69 weist außerhalb des Befestigungsstutzens 72 außenseitig keine konisch verjüngende Form auf, sondern einen konstanten Außendurchmesser im Bereich der Lagerkalotte 31.
In 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Kalottenbauteiles 69 abgebildet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 6 beschrieben. Das Kalottenbautei 69 weist außerhalb des Befestigungsstutzens 72 außenseitig im Bereich des Befestigungsstutzens 72 eine Phase auf.
In 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Kalottenbauteiles 69 abgebildet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 7 beschrieben. Das Kalottenbautei 69 weist außerhalb des Befestigungsstutzens 72 außenseitig und an dem Befestigungsstutzen 72 einen identischen Außendurchmesser auf.
In 15 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.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine 1 wesentliche Vorteile verbunden. Lediglich das Kalottenbauteil 69 und damit auch die Lagerkalotte 31 sowie der Lagerkopf 19 an dem Verstellkolben 29 sind aus gehärtetem Stahl ausgebildet. Eine Ausbildung der Schwenkwiege 14 aus gehärtetem Stahl ist damit nicht notwendig, so dass die Schwenkwiege 14 preiswert aus ungehärtetem Stahl hergestellt werden kann. Zur Herstellung der Verbindungsvorrichtung 70 an der Schwenkwiege 14 sind an der Schwenkwiege 14 an den beiden Schwenkarmen 16 lediglich die beiden Bohrungen 74, 75 kostengünstig einzuarbeiten. Die Verbindungsvorrichtung 70 ist vorzugsweise als eine lösbare Verbindungsvorrichtung 70 ausgebildet, beispielsweise als eine Schraubverbindung. Abweichend hiervon kann die Verbindungsvorrichtung 70 beispielsweise als eine Schweißverbindung, vorzugsweise eine Laser- oder Reibschweißverbindung, ausgebildet sein.
Die Geometrie des Lagerkopfes 19 an der Schwenkeinrichtung 24 und die Geometrie der Lagerkalotte 31 an dem Kalottenbauteil 69 sind außerdem zusätzlich optimiert um geringe Flächenpressungen zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31 zu erreichen. Zwischen dem vorderen Endabschnitt 17 des Lagerkopfes 19 und dem hinteren Endabschnitt 34 der Lagerkalotte 31 besteht ein Zwischenraum 67, so dass dadurch die Gleitlagerung zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31 an den Gleitlagerbereich 61 zwischen dem hinteren Endabschnitt 23 des Lagekopfes 19 und dem vorderen Endabschnitt 33 der Lagerkalotte 31 ausgebildet ist. Der Gleitlagerbereich 61 weist dadurch eine große Auflagefläche auf, so dass dadurch an dem Gleitlagerbereich 61 zwischen dem Lagerkopf 19 und der Lagerkalotte 31 nur sehr geringe Flächenpressungen vorhanden sind. Dadurch kann in vorteilhafter Weise auf eine aufwendige hydrostatische Entlastung des Gleitlagerbereiches 61 verzichtet werden und ferner tritt aufgrund der geringen Flächenpressungen an dem Gleitlagerbereich 61 nur ein sehr kleiner mechanischer Verschleiß auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1013928 A2 [0004]

Claims

Schrägscheibenmaschine (1) als Axialkolbenpumpe (2) und/oder Axialkolbenmotor (3), umfassend – eine um eine Rotationsachse (8) drehbar bzw. rotierend gelagerte Zylindertrommel (5) mit Kolbenbohrungen (6), – in den Kolbenbohrungen (6) beweglich gelagerte Kolben (7), – eine um eine Schwenkachse (8) verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege (14), – wenigstens eine Schwenkeinrichtung (24 zum Verschwenken der Schwenkwiege (14), – wenigstens eine Verbindungsstelle (32) zur Verbindung der wenigstens einen Schwenkeinrichtung (24) mit der Schwenkwiege (14) mit je einer Lagerkalotte (31) mit einer konkaven Oberfläche und je einem Lagerkopf (19) mit einer konvexen Oberfläche und der je eine Lagerkopf (19) in der je einen Lagerkalotte (31) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lagerkalotte (31) an je einem Kalottenbauteil (69) ausgebildet ist und das wenigstens eine Kalottenbauteil (69) ein zusätzliches Bauteil (69) in Ergänzung zu der Schwenkwiege (14) und Schwenkeinrichtung (24) ist und das wenigstens eine Kalottenbauteil (69) an der Schwenkwiege (14) oder an der wenigstens einen Schwenkeinrichtung (24) befestigt ist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kalottenbauteil (69) mit je einer Verbindungsvorrichtung (70) an der Schwenkwiege (14) oder der wenigstens einen Schwenkeinrichtung (24) befestigt ist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verbindungsvorrichtung (70) als eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindungsvorrichtung (70) ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verbindungsvorrichtung (70) als eine lösbare oder unlösbare Verbindungsvorrichtung (70) ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verbindungsvorrichtung (70) als ein Presssitz (71) ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verbindungsvorrichtung (70) je einen Befestigungsstutzen (72) und je eine Befestigungsaussparung (73) umfasst und der je eine Befestigungsstutzen (72) formschlüssig in der je einen Befestigungsaussparung (73) befestigt ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Lagerkopf (19) einen Mittelpunkt und/oder Drehpunkt (76) und/oder Schwerpunkt aufweist und der minimale Abstand (78) des Mittelpunktes und/oder Drehpunktes (76) und/oder Schwenkpunktes zu einer fiktiven Ebene (77) auf der Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) im Wesentlichen, vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20%, 10% oder 5%, dem minimalen Abstand (79) der Schwenkachse (15) der Schwenkwiege (14) zu der fiktiven Ebene (77) entspricht in einer Schnittebene senkrecht zu der Schwenkachse (15) der Schwenkwiege (14) und der Mittelpunkt und/oder Drehpunkt (76) und/oder Schwerpunkt ein Punkt der Schnittebene ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kalottenbauteil (69), vorzugsweise vollständig, aus gehärteten Stahl ausgebildet ist und/oder die Schwenkwiege (14), vorzugsweise vollständig, aus ungehärteten Stahl ausgebildet ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lagerkopf (19) einen fiktiven vorderen Endabschnitt (17) aufweist und die wenigstens eine Lagerkalotte (31) einen fiktiven hinteren Endabschnitt (34) aufweist und die Geometrie des wenigstens einen Lagerkopfes (19) und/oder der wenigstens einen Lagerkalotte (31) dahingehend ausgebildet sind, dass die Lagerung des wenigstens einen Lagerkopfes (19) an der wenigstens einen Lagerkalotte (31) außerhalb des fiktiven vorderen Endabschnittes (17) des wenigstens einen Lagerkopfes (19) und/oder außerhalb des fiktiven hinteren Endabschnittes (34) der wenigstens einen Lagerkalotte (31) ausgeführt ist, insbesondere bei einem Schwenkwinkel der Schwenkwiege (14), bei welchem die Auflagefläche (18) der Schwenkwiege (14) senkrecht zu der Rotationsachse (8) der Antriebswelle (9) ausgerichtet ist.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lagerkopf (19) und/oder die wenigstens eine Lagerkalotte (31) eine von einer, insbesondere nur einen, Teilkugel abweichende Form aufweist.
Schrägscheibenmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lagerkopf (19) von einer fiktiven Ebene (38) senkrecht zu einer Längsachse (35) des wenigstens einen Lagerkopfes (19) in den fiktiven vorderen Endabschnitt (17) und in einen fiktiven hinteren Endabschnitt (23) unterteilt ist und der fiktive vordere Endabschnitt (17) in der Ausdehnung in Richtung der Längsachse (35) weniger als 70%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% oder 5% der Gesamtausdehnung (f) des wenigstens einen Lagerkopfes (19) in Richtung der Längsachse (35) umfasst und vorzugsweise der fiktive vordere Endabschnitt (17) in der Ausdehnung in Richtung der Längsachse (35) mehr als 2%, 3%, 5%, 10%, 20% oder 30% der Gesamtausdehnung (f) des wenigstens einen Lagerkopfes (19) in Richtung der Längsachse (35) umfasst.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lagerkalotte (31) von einer fiktiven Ebene (62) senkrecht zu einer Längsachse (36) der wenigstens einen Lagerkalotte (31) in einen fiktiven vorderen Endabschnitt (33) und in den fiktiven hinteren Endabschnitt (34) unterteilt ist und der fiktive hintere Endabschnitt (34) in der Ausdehnung in Richtung der Längsachse (36) weniger als 70%, 50%, 40% oder 30% der Gesamtausdehnung (c) der wenigstens einen Lagerkalotte (31) in Richtung der Längsachse (36) umfasst und vorzugsweise der fiktive hintere Endabschnitt (34) in der Ausdehnung in Richtung der Längsachse (36) mehr als 5%, 10%, 20% oder 30% der Gesamtausdehnung (c) der wenigstens einen Lagerkalotte (31) in Richtung der Längsachse (35) umfasst.
Schrägscheibenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (35) des wenigstens einen Lagerkopfes (19) bei einer Anordnung bzw. Befestigung des wenigstens einen Lagerkopfes (19) an der Schwenkeinrichtung (24) der Bewegungsrichtung der Schwenkeinrichtung (24) entspricht, insbesondere einer Längsachse eines Verstellzylinders (30) mit einem Verstellkolben (29) entspricht, und/oder die Längsachse (36) der wenigstens einen Lagerkalotte (31) bei einer Anordnung bzw. Befestigung des wenigstens einen Kalottenbauteils (69) mit der je einen Lagerkalotte (31) an der Schwenkeinrichtung (24) der Bewegungsrichtung der Schwenkeinrichtung (24) entspricht, insbesondere einer Längsachse eines Verstellzylinders (30) mit einem Verstellkolben (29) entspricht.
Antriebsstrang (45) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – wenigstens eine Schrägscheibenmaschine (1) zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und umgekehrt, – wenigstens einen Druckspeicher (53), dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibenmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (45) zwei Schrägscheibenmaschinen (1) umfasst, welche hydraulisch miteinander verbunden sind und als hydraulisches Getriebe (60) fungieren und/oder der Antriebsstrang (45) zwei Druckspeicher (53) als Hochdruckspeicher (54) und Niederdruckspeicher (55) umfasst.