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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Kolben mit geschlossenen Hohlräumen für eine hydrostatische
Leistungseinheit. Genauer und ohne Beschränkung bezieht sich diese Erfindung
auf ein neues Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit geschlossenen
Hohlräumen
durch Verwendung von Metall-Spritzgusstechniken zum Formen des Körpers des
Kolbens mit geschlossenen Hohlräumen
und anschließendes
Sinter-Binden (sinterbonding) einer Verschlusskappe an den Kolbenkörper.
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Ein
Kolben mit geschlossenen Hohlräumen ist
ein Kolben, in dem ein oder mehrere abgedichtete hohle Fächer ausgebildet
sind. Das durch die hohlen Fächer
geschaffene niedrigere Kolbengewicht ermöglicht größere Drehzahlen der hydrostatischen Welle,
während
das geschlossene Kolbenende die Menge des Druckölvolumens in der hydrostatischen Einheit
verringert und den Liefergrad und die Steuerung der Taumelscheibenmomente
verbessert. Der Kolben umfasst ein Mittelrohr zur Schmierung und eine
Innenkugel, die eine Außenkugel
eines dazu passenden Gleitschuhs berührt. Außerdem besitzt der Kolben entweder
ein verformbares Gebiet in der Nähe
der Kolbenkugel, um den Kolben an dem Gleitschuh zu verbinden, oder
ein verformbares Gebiet in der Nähe
der Gleitschuhkugel, um den Gleitschuh je nachdem, ob der Kolben
ein Außen-
oder ein Innenkolben ist, an dem Kolben zu halten.
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Es
gibt mehrere Verfahren zur Herstellung von Kolben mit geschlossenen
Hohlräumen
für hydrostatische
Einheiten, wobei diese Verfahren aber mehrere Kostennachteile sowie
technische Nachteile haben. Ein Verfahren besteht aus dem Positionieren eines
hohlen Rohrs in einem hohlen Kolbenkörper und aus dem Befestigen
des Rohrs an dem Kolbenkörper
mit einer oder mit mehreren Dichtungsscheiben, die radial zwischen
der Außenwand
des Rohrs und der Innenwand des Kolbenkörpers verlaufen. Die Schritte
dieses Verfahrens umfassen die maschinelle Bearbeitung von Stabstahl,
um einen integrierten Hohlkolben mit einem integrierten Stab zu
erzeugen, und daraufhin das Befestigen des Stabs mit einer Dichtungsscheibe.
Nachfolgend schweißt
ein Schweißer
durch Schwungradreibschweißen
ein rundes Metallstück
an das Ende des Kolbens. Schließlich
wird über
die Länge
des Kolbens eine Bohrung durch den Stab gebohrt. Dieses Herstellungsverfahren
ist sehr teuer und für
Kolben mit kleinen Durchmessern unpraktisch.
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Ein
weiteres Verfahren ist im US-Patent Nr. 6.314.864 beschrieben und
besteht aus dem Verbinden einer Kolbenkappe mit einem Kolbenkörper durch
Schweißen
oder Löten.
Im Vergleich zu dem oben beschriebenen Verfahren ist dieses Verfahren weniger
teuer und kann auf Kolben mit kleinerem Durchmesser angewendet werden.
Die zum Verbinden der Kappe und des Körpers erforderliche Fertigungsausrüstung ist
immer noch verhältnismäßig teuer
und der Verbindungsprozess erfordert einen zusätzlichen Fertigungsschritt
nach dem Metall-Spritzgussprozess. Außerdem führt das Verbindungsverfahren
eine zusätzliche
radiale Ausrichtung zwischen der Mitte des Kolbensockels und der
Mitte des Kolbenkörpers
ein, die die zum Verbinden des Kolbens an dem dazu passenden Gleitschuh
verwendeten Verfahren stören
könnte.
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Wegen
der jüngsten
Verbesserungen bei Metall-Spritz-gusstechniken ist die Herstellung
von Hydraulikkomponenten mit diesen Techniken möglich geworden. Der Grundprozess
des Metall-Spritzgusses ist, dass eine gewünschte Gestalt dadurch erzeugt
werden kann, dass die Gestalt in zwei Blöcke einer Form geschnitzt wird.
Dies formt die Außenoberfläche des
Produkts, das hergestellt werden soll. Metallformeinlegeteile, die
wiederholt verwendet werden können,
bilden das Innere des Produkts. Daraufhin werden Metallpulver sowie
nichtmetallisches Bindematerial in die Form eingespritzt und erwärmt, um
die durch die Form und das Einlegeteil vorgeschriebene Gestalt zu
formen. Nach Entnahme des Produkts aus der Form findet ein Lösen des
Produkts statt. Der Löseprozess
trennt die Metallpartikel von den Nichtmetallpartikeln. Nach dem
Lösen wird
das Produkt gesintert. Das Sintern ist ein Prozess, durch den das
Metallpulver zu einer zusammenhängenden Masse
geformt werden kann, ohne das Material zu schmelzen. Der gleiche
Sinterprozess kann verwendet werden, um zwei oder mehr Komponenten
in Kontakt miteinander zu verbinden. Dieses Verbindungsverfahren
oder dieser "Sinter-Binde"-Prozess ist besser
als herkömmliche
Verfahren zum Kombinieren von mittels Metall-Spritzguss geformten
Komponenten, da die anderen Verfahren zu schlechter Bindungsfestigkeit
führen.
Die vorliegende Erfindung verwendet mittels Metall- Spritzguss geformte
Komponenten, die Sinter-gebunden werden, um einen neuen Kolben mit
geschlossenen Hohlräumen
herzustellen.
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Somit
ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen
Kolben mit geschlossenen Hohlräumen
zu schaffen, der den Stand der Technik verbessert.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Menge des
Hydraulikfluids zu minimieren, das durch einen Kolbenkörper mit
geschlossenen Hohlräumen
fließt.
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Eine
nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die
Oberflächengeometrien zwischen
dem Körper
mit geschlossenen Hohlräumen
und der Verschlusskappe zu optimieren, um beim Verbinden beider
durch Sinter-Binden
zu helfen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine magnetische
Verschlusskappe zu schaffen, die magnetische Partikel einfangen
kann, die in einer hydrostatischen Einheit vorhanden sind.
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Eine
nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Metall-Spritzgussprozess
und das Sintern zu verwenden, um den Stand der Technik zu verbessern.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Fertigung eines Kolbens mit geschlossenen Hohlräumen bereitzustellen, das
preiswert ist.
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Eine
nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zur Fertigung eines Kolbens mit geschlossenen Hohlräumen bereitzustellen,
das mit großer
Geschwindigkeit und Effizienz ausgeführt werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Fertigung eines Kolbens mit geschlossenen Hohlräumen unter
Verwendung von Metall-Spritzguss zum Formen aller Komponenten bereitzustellen.
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Eine
nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zum Sinter-Binden von mittels Metall-Spritzguss geformten Objekten
miteinander bereitzustellen, um einen Kolben mit geschlossenen Hohlräumen zu
bilden.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Fertigung eines Innenkolbens mit geschlossenen Hohlräumen bereitzustellen,
das die radiale Versetzung zwischen der Mitte des Kolbensockels
und der Mitte des Kolbenhauptkörpers
minimiert.
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Eine
nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Verbindungstechnik bereitzustellen, die höchstens eine Abwandlung der bereits
in dem Metall-Spritzgussprozess verwendeten Prozesse erfordert.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale oder Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der Beschreibung und aus den Ansprüchen hervor.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Kolbenkonstruktion mit geschlossenen
Hohlräumen,
die preiswert gefertigt werden kann. Die neue Konstruktion besteht
aus einem Kolbenkörper
und einer Verschlusskappe. Beide Komponenten werden unter Verwendung
von Metall-Spritzgusstechniken gefertigt. Der Kolbenkörper umfasst
einen hohlen Mittelstab und einen kugelförmigen Sockel, die einteilig
mit dem Rest des Kolbenkörpers
sind. Die Verschlusskappe wird unter Verwendung eines Sinter-Binde-Prozesses,
der die Kontaktflächen
des Kolbenkörpers
und der Verschlusskappe metallurgisch bindet, mit dem Kolbenkörper verbunden.
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Der
Sinter-Binde-Prozess kann während
der normalen Sinteroperation stattfinden, die in der Verarbeitung
der Metall-Spritzgusskomponenten verwendet wird, wobei er, wenn überhaupt,
wenig zusätzliche
Verarbeitungszeit benötigt.
Während
des Löse-
und/oder des Sinterprozesses können
eine spezielle Befestigung und Belastung erforderlich sein, um die
Kappe und den Körper
in Kontakt zu bringen und ein vollständiges Binden zwischen der Verschlusskappe
und dem Körper
sicherzustellen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht des Kolbens mit geschlossenen Hohlräumen und
der Verschlusskappe.
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2 ist
eine Schnittansicht eines Kolbens mit geschlossenen Hohlräumen und
eines Gleitschuhs längs
der Linie 2 in 1.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Metall-Spritzgussform.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben 10 mit
geschlossenen Hohlräumen zum
Hin- und Herbewegen in einem rotierenden Zylinderblock einer hydrostatischen
Einheit wie etwa einer Pumpe oder eines Motors. 1 zeigt
einen Kolben 10 mit geschlossenen Hohlräumen, der eine Verschlusskappe 12 besitzt.
Der Kolben 10 mit geschlossenen Hohlräumen besitzt einen lang gestreckten Körper 14,
der am offenen Ende 15 die Verschlusskappe 12 aufnimmt.
Der Kolbenkörper 14 kann
eine abgeschrägte
Oberfläche 16 an
dem offenen Ende 15, ein Ende mit einem kugelförmigen Hohlraum 18 und
einen hohlen Stab 20 umfassen. Die abgeschrägte Oberfläche 16 wird
verwendet, um die Verschlusskappe 12 und den Körper 14 aufeinander auszurichten
und die Kontaktfläche
zwischen den zwei Teilen während
des Sinter-Binde-Prozesses zu maximieren, was zu einer stabileren
Verbindung führt.
Die abgeschrägte
Oberfläche 16 und
der abgeschrägte
Randabschnitt 22 der Verschlusskappe 12 können sich
etwas unterscheiden, um sicherzustellen, dass ein vollständiger Kontakt
hergestellt ist, während
die zwei Komponenten integriert sind. Der abgeschrägte Rand 22 und
die abgeschrägte
Oberfläche 16 können entweder
durch mechanische Mittel außerhalb
der Teile oder durch die Bildung der Teile während des Sinterprozesses integriert
werden. Außerdem
besitzt die Verschlusskappe 12 eine Öffnung 23, die auf
den hohlen Stab 20 ausgerichtet ist, wobei sie einen Schmierungsweg
durch den Kolben bildet. Die Öffnung 23 und
der Stab 20 besitzen einander entsprechende abgeschrägte zueinander
passende Oberflächen.
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Die
Verschlusskappe 12 kann aus einem magnetischen Material
bestehen, um Verunreinigungen in der hydrostatischen Einheit einzufangen.
Die magnetischen Eigenschaften der Verschlusskappe 12 können außerdem zu
anderen Zwecken, d. h. zum Abtasten des Orts und der Bewegung des
Kolbens, verwendet werden. Die Verwendung einer magnetischen Verschlusskappe
erfordert eine Verringerung des Durchmessers der Verschlusskappe 12,
um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen zwischen den Außendurchmesser
des Kolbens und die Blockbohrung gelangen.
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Außerdem ist
klar, dass die Verschlusskappe 12 in einer alternativen
Ausführungsform
einen nicht abgeschrägten
Rand haben kann, der die Geometrien zwischen der Verschlusskappe 12 und
dem Körper 14 optimiert,
um eine dazu passende Anpassung zu erzeugen, um den Sinter-Binde-Prozess
zu verbessern.
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2 zeigt
einen Querschnitt eines Kolbens 10 mit geschlossenen Hohlräumen, der
unter Verwendung von Metall-Spritzguss und Sinter-Binden einer Verschlusskappe 12 an
den Körper 14 gefertigt werden
kann. Der Kolben 10 besitzt einen Gleitschuh 26,
der schwenkbar an dem Kolben befestigt ist. Der Gleitschuh 26 kann
einen Abschnitt einer kugelförmigen
Kugel umfassen, der mit einer kugelförmigen Sockelaussparung in
dem Kolbenkörper 14 in
Eingriff ist, oder, wie für
den Fachmann auf dem Gebiet klar ist, könnte der Gleitschuh 26 mit
einer kugelförmigen Sockelaussparung
ausgestattet sein, während
die dazu passende Oberfläche
als Abschnitt eines kugelförmigen
Körpers
in dem Kolben geformt wäre. 2 zeigt
einen Kolben, der eine kugelförmige
Sockelaussparung 28 besitzt, die zu einem kugelförmigen Sockel 30 passt,
der sich an dem Gleitschuh 26 befindet. Der Gleitschuh 26 besitzt
außerdem
einen Fluiddurchgang 32, der durch Fluid mit dem hohlen
Stab 20 verbunden ist.
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Der
hohle Stab 20 verläuft
in Längsrichtung durch
den gesamten Körper 14.
Außerdem
besitzt der Kolben 10 mit geschlossenen Hohlräumen eines oder
mehrere hohle Fächer 34 in
seinem Körper 14.
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3 zeigt
eine typische Metall-Spritzgussform 60. Die Form 60 gestaltet
die Außenoberfläche des
Kolbenkörpers 14,
während
ein (nicht gezeigter) Einlegekern verwendet wird, um das Innere
des Kolbenkörpers 14 zu
gestalten. Die Verschlusskappe 12 wird in einer ähnlichen
Form 60 erzeugt, die die Verschlusskappe 12 gestaltet.
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In
dem Fertigungsprozess werden der Körper 14 und die Verschlusskappe 12 des
Kolbens 10 mit geschlossenen Hohlräumen unter Verwendung eines
Metall-Spritzgussprozesses
getrennt gefertigt. Nachfolgend wird der Köper 14 gesintert,
um die richtige Metallbindung zu formen. Während dieses Prozesses wird
eine Verschlusskappe 12 an das offene Ende 15 des
Kolbenkörpers 14 Sinter-gebunden.
Somit ist der einzige Fluidauslass, den der Kolben 10 besitzt,
der durch die Öffnung 23,
was sicherstellt, dass der Rest des Kolbens 10 verschlossen
ist.
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Außerdem ist
klar, dass wegen der Verwendung von Metall-Spritzgusstechniken,
wenn überhaupt,
wenig maschinelle Bearbeitung der gesinterten Kolbenbaueinheit erforderlich
ist. Der Metall-Spritzguss- und der Sinter-Binde-Prozess ermöglichen einen effizienteren
und kostengünstigeren Prozess
zur Erzeugung eines Kolbens mit geschlossenen Hohlräumen. Somit
sind alle Aufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst worden.
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Für den Fachmann
auf dem Gebiet ist klar, dass an der Vorrichtung weitere Abwandlungen
vorgenommen werden könnten,
ohne vom Erfindungsgedanken und vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.
Alle diese Abwandlungen und Änderungen, die
im Umfang der Ansprüche
liegen, sollen dadurch eingeschlossen sein.