DE10109598A1

DE10109598A1 - Kolben für einen hydrostatischen Zylinderblock

Info

Publication number: DE10109598A1
Application number: DE10109598A
Authority: DE
Inventors: Robert J Stoppek; Mark Landwehr
Original assignee: Sauer Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2001-09-20
Also published as: CN1316600A; US6293185B1; CN1181268C; US6318241B1; JP2001295772A

Abstract

Es wird ein Kolben für das Verwenden in einem Zylinderblock von einer hydraulischen Motoreinheit vorgeschlagen. Der Kolben weist einen länglichen, zylindrischen Körper und ein Ende auf, welches in einer kugelförmigen Oberfläche endet. Der Kolben ist zusammengesetzt aus einem Körper und einem Einsatz, welche aus verschiedenen Materialien hergestellt sind, vorzugsweise metallischen Materialien, und zusammengesetzt sind. Der Körper des Kolbens nimmt die Form eines Vollzylinders oder eines zylindrischen Rohrs an. Die kugelförmige Oberfläche nimmt die Form einer inneren kugelförmigen Fassung oder einer äußeren Kugel an. Der Einsatz ist in seiner Form länglich oder verkürzt zum Bereitstellen von Kolbenkonfigurationen mit einem offenen Hohlraum und einem geschlossenen Hohlraum. Der Kolben umfaßt die Leitung, welche durch den Körper und den Einsatz hindurchgeht zum Bereitstellen eines Weges für ein Druckfluid.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft hydraulische Motoreinheiten von der Art, bei welchen ein Zylinderblock eingebaut ist, welcher hin- und herbewegbare Kolben enthält, wel che durch bewegbar angebrachte Gleitschuhe in einem Funktionseingriff mit einer Schrägscheibe sind. Derartige hydraulische Motoreinheiten können entweder als Pumpen oder Motoren betrieben werden. Diese Erfindung beschäftigt sich beson ders mit einem verbesserten Kolben für das Verwenden in solchen hydraulischen Motoreinheiten.

Typischerweise wurden die Kolben, welche in hydraulischen Motoreinheiten der zuvor beschriebenen Art benutzt werden, aus einem metallischen Material herge stellt, gewöhnlicherweise Stahl, welches wärmebehandelt ist. Das besondere Ma terial und der Wärmebehandlungsprozeß, welche verwendet werden, sind ausge wählt, um eine passende Gefügefestigkeit und Abnutzungseigenschaft bereitzu stellen, die für die geeignete Kolbenfunktion und die Lebensdauer erforderlich sind. Hohlkolben mit einem geschlossenen Ende sind in dem Patent US 3,319,575 gezeigt. Fluidleitungen, welche sich über die Länge des Kolbens erstrecken, sind in beiden Patenten US 3,319,575 und auch in US 3,882,762 gezeigt.

Weil der Kolben dynamisch mit beiden, dem Zylinderblock und der Verbindung Gleitschuh-zu-Schrägscheibe, welche verschiedenen Belastungs- und Abnut zungsherausforderungen an dem Kolben erfordern, zusammenwirkt, ist festge stellt worden, daß die Erfordernisse der Materialeigenschaft des Kolbens nicht ausreichend gleichmäßig über die gesamte Struktur des Kolbens sind. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, einen Kolben bereitzustellen, welcher aus mehr als einem einzigen Material hergestellt ist, so daß variierende Strukturelemente des Kolbens verschiedene Festigkeiten und Abnutzungseigenschaften in seiner endgültigen Form aufweisen.

Im allgemeinen ist festgestellt worden, daß der zylindrische Körper des Kolbens, welcher in hin- und herbewegendem Kontakt mit der Bohrung des Zylinderblocks ist, Festigkeits- und Oberflächenabnutzungseigenschaften erfordert, welche das Verwenden von gehärtetem mittlerem kohlenstoffhaltigen Stahl erfordern. Das Endes des Kolbens, welches mit einem Gleitstück durch ein kugelförmiges Ge lenk verbunden ist, ist Gegenstand einer kompressiven Rotations- und Kippbewe gung und erfordert nicht die extreme Festigkeit und Abnutzungseigenschaften des zylindrischen Körpers. Das kugelförmige Ende des Kolbens kann eine zufrieden stellende Funktion und Lebensdauer bereitstellen, wenn es aus einem kohlenstoff armen Stahl gebildet ist, welcher nicht gehärtet ist.

Zusätzlich ist es häufig vorteilhaft für das kugelförmige Ende des Kolbens häm merbar zu bleiben für das Eindrücken des Endes, um den Gleitschuh mit dem Kolben in einem zusammengesetzten Zustand zu halten.

Deshalb ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben bereit zustellen, der mehr als ein einziges Material aufweist.

Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben aus einer Mehrzahl von Teilen zu bilden, wobei jedes Teil aus einem verschiedenen metal lischen Material ist.

Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben herzustellen, welcher einen gehärteten zylindrischen Körper und ein hämmerbares kugelförmi ges Ende aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben bereitzu stellen, welcher eine Leitung enthält, die den Körper und den Einsatz als einem Weg zum Kommunizieren eines unter Druck stehenden Fluids von der Zylinder bohrung zu der wirksamen Verbindung aus Gleitschuh und Schrägscheibe durch quert.

Zusätzlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Kolben mit einem Gleitschuh zusammenzusetzen für einen nachfolgenden hin- und herbewegenden Betrieb in der Bohrung eines Zylinderblocks und die Funktionsverbindung mit einer Schrägscheibe in einer hydraulischen Motoreinheit.

Diese und andere Aufgaben werden dem Durchschnittsfachmann geläufig sein.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Kolben für einen Zylinderblock von einer hydraulischen Motoreinheit weist einen zylindrischen Körper und ein Ende auf, welches in einer kugelförmigen Oberfläche endet. Der zylindrische Körper kann die Form von entweder einem Vollzylinder oder einem hohlen Zylinderrohr annehmen. Die kugelförmige Ober fläche kann die Form von entweder einem Innenhohlraum oder einer äußeren Ku gel annehmen und ist integral mit einem Einsatz, welcher als ein separates Teil des zylindrischen Körpers hergestellt ist. Der Körper und der Einsatz sind zu sammengesetzt, um einen vollständigen Kolben herzustellen.

Der Körper ist in seiner vollwandigen oder in seiner hohlen Form aus einem Stahlmaterial mit einem mittleren oder hohen Kohlenstoffgehalt hergestellt. Das Material ist geeignet für eine Härtung zum Bereitstellen einer hohen Gefügefes tigkeit und Oberflächenabnutzungseigenschaften. Der zylindrische Körper ist so gebildet, daß er einen inneren Sitz an einem Ende beinhaltet zum Erleichtern des Positionierens und Anordnens des Einsatzes.

Der Einsatz ist in seiner inneren oder äußeren kugelförmigen Ausbildung aus ei nem kohlenstoffarmen Stahlmaterial hergestellt. Das Material ist geeignet, Wär mebehandlungsbearbeitungen ausgesetzt zu sein und bleibt dennoch hämmerbar. Der Einsatz weist die Form einer einfachen Kappe auf, welche mit einem Ende des Körpers verbunden werden kann. Der Einsatz kann alternativ auch in einer länglichen Form gebildet sein, welche eine kreisförmige Scheibe beinhaltet, die sich von dem Ende mit der kugelförmigen Oberfläche erstreckt durch eine ange fügte, rohrförmige Halsstruktur. Dieser längliche Einsatz wird in Verbindung mit dem hohlen Körper verwendet zum Bilden eines Kolbens mit einem geschlosse nen inneren Hohlraum.

In jedem Fall beinhaltet der endgültige Kolben eine Leitung, welche durch den Körper und den Einsatz hindurchgeht. Diese Leitung wird benutzt, um einen Weg für ein Druckfluid bereitzustellen, um von der unter Druck gesetzten Zylinderboh rung in den Zylinderblock durch den Kolben und das Gleitschuh zu fließen, für die Funktionsverbindung mit der Schrägscheibe.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht des Kolbens, welche den hohlen Körper, einen länglichen Einsatz mit einem inneren kugelförmigen Fassungsende und ei nem Gleitschuh mit einer äußeren Kugel darstellt;

Fig. 2 ist eine Längsschnittansicht von einem alternativen Kolben, welche den hohlen Körper, einen länglichen Einsatz mit einem äußeren kugelförmigen Kugelende und einem Gleitschuh mit einer inneren kugelförmigen Fassung zeigt;

Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht von einem dritten alternativen Kolben, die den hohlen Körper, den Einsatz mit dem Ende einer inneren kugelförmigen Fassung und einem Gleitschuh mit Kugel zeigt;

Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht von einem vierten alternativen Kolben, welche den hohlen Körper, den Einsatz mit einem äußeren Kugelende und einem Gleitschuh mit einer inneren kugelförmigen Fassung zeigt;

Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht von einem fünften alternativen Kolben, wel che den vollwandigen Körper, den Einsatz mit einem inneren kugelförmi gen Fassungsende und einen Gleitschuh mit einer Kugel zeigt; und

Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht von einem sechsten alternativen Kolben, wel che den vollwandigen Körper, den Einsatz mit einem äußeren Kugelende und einen Gleitschuh mit einer inneren kugelförmigen Fassung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es wird Bezug genommen auf die Fig. 1 bis 6, in welchen übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen und/oder fortlaufenden Buchstabenbezeichnun gen bezeichnet worden sind zum Erleichtern des Verständnisses der verschiede nen Ausführungsformen der Erfindung, die in Betracht gezogen wurden. Das Be zugszeichen 10 bezeichnet einen Kolben, welcher einen zylindrischen Körper oder ein kurzes Rohr 12 und eine zentrale Bohrung 14 aufweist. Das kurze Rohr 12 weist ein Fußende 16 und ein Kopfende 18 auf (Fig. 1).

Ein Einsatz 20 ist innerhalb der zentralen Bohrung 14 befestigt und weist ein Fu ßende 22 und ein Kopfende 24 auf. Eine ringförmige Schulter 26 ist an dem Ein satz in der Nähe des Fußendes 22 angeformt. Auf ähnliche Weise ist ein Kopf 28 an dem Kopfende 24 angeordnet. Eine ringförmige Nut 30 ist an dem Kopf in der Nähe von einer vertikalen kreisförmigen Schulter 32 vorgesehen. Ein Zentrums- oder Stababschnitt 34 mit einem reduzierten Durchmesser erstreckt sich zwischen dem Fußende 22 und dem Kopfende 24. Der zentrale Abschnitt 34 mit dem redu zierten Durchmesser bildet einen leeren Hohlraum 36 um sich herum in Bezug zu dem inneren Durchmesser der zentralen Bohrung 14. Eine längliche Leitung 38 erstreckt sich entlang der zentralen Achse des Einsatzes und endet in einer kugel förmigen Fassung 40, welche in dem Kopf 28 angeordnet ist.

Wie auch in Fig. 1 gezeigt, weist ein Gleitschuh 42 eine Kugel 44 auf, welche rotatorisch innerhalb der Fassung 40 aufgenommen ist. Ein dünnes Ende 46 be steht zwischen dem Ende 24 des Einsatzes 20 und der Kugel 44 und ist angepaßt, nach innen gegen die äußere Oberfläche der Kugel eingedrückt zu werden, um zu verhindern, daß das Gleitschuh in Längsrichtung von der Fassung 40 entfernt wird. Die Kugel 44 ist dennoch drehbar innerhalb der Fassung 40 befestigt. Eine zentrale längliche Leitung 48 in irgendeiner gewünschten Konfiguration erstreckt sich von dem inneren Ende der Leitung 38 längs durch ein Gleitschuh 42 hindurch und endet in einer flachen Lageroberfläche 50, welche angepaßt ist, mit einer konventionellen Schrägscheibe von einer hydrostatischen Pumpe oder Motor in Eingriff zu stehen.

Der Körper 12 ist vorzugsweise hergestellt aus einem mittleren bis stark kohlen stofffhaltigen Metallmaterial (beispielsweise AISI 4140). Der Einsatz 20 ist aus einem niedrig-kohlenstoffhaltigen Material hergestellt (z. B. AISI 1010).

Der Einsatz 20 ist mit dem Körper 12 an dem abgesetztes Element 22 verbunden. Der Einsatz ist auch an dem Körper 12 an der Schulter 32 in der Nähe des Kopf endes 18 befestigt. Als das Verfahren zum Verbinden und Abdichten des Körpers 12 mit dem Einsatz 20 wird Löten verwendet. Der Kolben 10 ist Gegenstand weiterer Wärmebehandlung in einer solchen Weise, daß der Körper 12 gehärtet ist und der Einsatz 20 hämmerbar bleibt. Das Löten und Härten können in einer ein zigen Wärmebearbeitungszyklus bewerkstelligt werden für eine vereinfachte und kostengünstigere Herstellung.

Anschließend wird der Kolben 10 mit dem Gleitschuh 42 so zusammengesetzt, daß die äußere kugelförmige Kugel 44 innerhalb der inneren kugelförmigen Fas sung 40 eingesetzt ist, wie oben beschrieben. Die Kante 46 ist darauf hin einge drückt in die Kugel 44, wie oben beschrieben. Die daraus resultierende Verbin dung zwischen dem Kolben 10 und dem Gleitschuh 42 erlaubt eine Freiheit in der Drehung und Kippbewegung zwischen den zwei Teilen, während sie ein Ausei nandergehen derselben verhindert.

BESCHREIBUNG DER ALTERNATIVEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird des weiteren in Betracht gezogen, daß der Körper und der Einsatz in leicht verschiedenen Formen hergestellt sind, welche dennoch weiterhin die ein zigartigen und vorteilhaften Merkmale, die zuvor aufgezählt wurden, verkörpern.

Fig. 2 stellt einen alternativen Kolben 10A dar, wobei die kugelförmigen Oberflä chenausbildungen an dem Kolben und dem Gleitschuh ausgetauscht sind. In die ser alternativen Konstruktion endet der Einsatz 20A in einer Kugel 52, welche in der Fassung 54 des Gleitschuhs 42A aufgenommen ist. Wieder bringt der Zu sammenbau eine Aufnahmekugel 52 in der Fassung 54 und eine Eindrückkante 46A mit sich, wie in Bezug auf die Struktur der Fig. 1 beschrieben. Der Rest der Komponenten der Fig. 2 ist im wesentlichen identisch mit den oben beschriebenen Komponenten aus der Fig. 1. Die Leitung 38A erstreckt sich durch den Einsatz 20A und die Kugel 52, um mit einer Leitung 48A in dem Gleitschuh 42A zu kommunizieren.

Fig. 3 und 4 stellen jeweils andere Paare von Kolbenkonfigurationen 10D und 10E dar. Bei diesen Alternativen sind die Körper 12D und 12E in der Form von hohlen Zylindern ohne innere zentrale Bohrungen oder Hohlräume. Es kann ein deutig verstanden werden, daß alle zuvor beschriebenen Merkmale und Charakte ristika auch auf diese Varianten ebenso anwendbar sind. Vollwandige Kolben bieten eine vollständig verschiedene Gruppierung von Betriebscharakteristika, die verwendet werden können für ein Erleichtern von spezifischen hydraulischen Anwendungen für Motoreinheiten. Während verschiedene Metalle für den Körper 12 und den Einsatz 20 bevorzugt werden, ist die Erfindung jedoch hierauf nicht beschränkt. Die Kolben 10E und 10D mit einem offenen Hohlraum der Fig. 3 und 4 bieten den Vorteil eines reduzierten Gewichts für einige hydraulische Anwen dungen von Motoreinheiten.

Fig. 5 stellt einen verkürzten Einsatz 20B dar, welcher, wenn er mit dem hohlen zylindrischen Körper 12B zusammengebaut ist, einen vollwandigen Kolben 10B mit einem offenen Hohlraum bildet. Fig. 5 verkörpert weiter eine Fassung 40B mit einer inneren Kugelform an dem Ende des Einsatzes 20B mit einer entspre chenden Kugel 44B in einer äußeren Kugelform an dem Ende des Gleitschuhs 42B. Alternativ stellt Fig. 6 den äquivalenten Kolben 10C dar mit einem offenen Hohlraum mit den kugelförmigen Oberflächen des Einsatzes und des Gleitschuhs, welche hier umgestellt sind, wobei das Ende von dem Einsatz 20C eine äußere Kugel 52C und die Fassung 54C eine innere kugelförmige Fassung ist an dem Ende des Gleitschuhs 42C.

Es wird deshalb verstanden werden, daß die Erfindung die Aufgaben, welche sie sich gestellt hat, löst.

Claims

1. Kolben für einen Zylinderblock von einer hydrostatischen Motoreinheit, welcher aufweist:
einen länglichen zylindrischen Körper, welcher eine zentrale Bohrung aufweist,
einen Einsatz in der Bohrung, welcher ein erstes Ende aufweist, welches in einer kugelförmigen Oberfläche endet,
wobei der Körper aus einem ersten Material ist und der Einsatz aus einem zweiten und verschiedenen Material ist,
wobei der Körper und der Einsatz zusammengesetzt sind, um einen zylind rischen Kolben zu bilden.

2. Kolben nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Material metallisch sind.

3. Kolben nach Anspruch 2, wobei der Kolben wärmebehandelt ist, wodurch das metallische Material des Körpers gehärtet ist und das metallische Ma terial des Einsatzes hämmerbar bleibt.

4. Kolben nach Anspruch 2, wobei der Körper ein Vollzylinder ist.

5. Kolben nach Anspruch 2, wobei der Körper ein hohles, zylindrisches Rohr ist.

6. Kolben nach Anspruch 5, wobei der Einsatz einen länglichen Stab auf weist, welcher das erste Ende und ein zweites Ende verbindet, wobei der Stab einen geringeren Durchmesser als einen Durchmesser der zentralen Bohrung so aufweist, daß ein leerer innerer Hohlraum um ihn herum ge bildet ist, und wobei der Körper und der Einsatz zusammengesetzt sind zum Bilden eines zylindrischen Kolbens, bei welchem die ersten und zweiten Enden des Einsatzes mit den Enden des Körpers verbunden und abgedichtet sind, wodurch der innere geschlossene Hohlraum gebildet wird.

7. Kolben nach Anspruch 2, wobei die kugelförmige Oberfläche eine innere Fassung bildet.

8. Kolben nach Anspruch 2, wobei die kugelförmige Oberfläche eine äußere Kugel bildet.

9. Kolben nach Anspruch 2, wobei eine Leitung vorgesehen ist, welche sich über die Länge des Körpers und des Einsatzes erstreckt.

10. Kolben nach Anspruch 2, wobei der Körper und der Einsatz durch Löten miteinander verbunden sind.

11. Kolben nach Anspruch 2, wobei der Körper und der Einsatz durch Löten verbunden sind und in einer einzigen Bearbeitung wärmebehandelt sind.

12. Kolben nach Anspruch 2, wobei der Körper und der Einsatz durch Schweißen miteinander verbunden sind.

13. Kolben nach Anspruch 2, wobei das erste Material die Eigenschaften von AISI 4140 und das zweite Material die Eigenschaften von AISI 1010 auf weisen.