DE1037220B

DE1037220B - Piston for hydraulic transmission

Info

Publication number: DE1037220B
Application number: DET8866A
Authority: DE
Inventors: Oswald Thoma
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-01-07
Filing date: 1954-01-07
Publication date: 1958-08-21

Description

Es ist bei Verbrennungsmotoren bekannt, an der Oberfläche der Kolben, welche meistens aus Stahl oder Aluminium gefertigt werden, eine dünne, gut lauffähige Schicht, z. B. Zinn, anzubringen. Hiermit wird eine verbesserte Lauffähigkeit erzielt. Eine Verbesserung der Abdichtung der Kolben hierbei zu erreichen, ist jedoch nicht möglich, auch wenn man den Kolben aus derselben Stahl- oder Metallart herstellt wie den Zylinder selbst, denn es handelt sich bei den fraglichen Kolben durchwegs um die üblichen Tauchkolben, welche in ihrem Innern keine Kühlung besitzen und daher unter dem Einfluß der Verbrennungsvorgänge eine hohe Temperatur annehmen, so daß ihr Spiel in dem Zylinder auch dann im Betrieb erheblich kleiner wird als im Ausgangszustand, wenn sie aus der gleichen Eisen- oder Metallart bestehen wie der Zylinder selbst. Daher ist es allgemein üblich und nötig, bei diesen Kolben, auch wenn sie in dieser Weise hergestellt sind, die Dichtung durch federnde Kolbenringe vorzunehmen.It is known in internal combustion engines, on the surface of the pistons, which are mostly made of steel or aluminum, a thin, easy-to-run layer, e.g. B. tin to attach. Herewith an improved runnability is achieved. To achieve an improvement in the sealing of the pistons here, however, it is not possible even if the piston is made from the same type of steel or metal like the cylinder itself, because the pistons in question are all the usual plunger pistons, which have no cooling inside and therefore assume a high temperature under the influence of the combustion processes, so that you Play in the cylinder is also considerably smaller during operation than in the initial state when it is off the same type of iron or metal as the cylinder itself. Therefore, it is common and necessary for these pistons, even if they are made in this way, the seal by resilient Make piston rings.

Es zeigt sich nun, daß die Anwendung aus Stahl oder Gußeisen hergestellter Kolben, welche in einem Zylinder aus ähnlichem Material laufen, bei hydraulischen Getrieben eine vollständig einwandfreie Abdichtung ergeben, obwohl dort Kolbenringe nicht angewendet werden. Es beruht dies insbesondere im Vergleich zu den eben erwähnten Verbrennungsmotorkolben darauf, daß bei hydraulischen Getrieben das umlaufende öl eine fast gleichmäßige Temperatur von Kolben und Zylinder bewerkstelligt, da es ja nicht die hohen Temperaturen der Verbrennungsgase besitzt und im Vergleich zu Gasen auch eine bessere Wärmeableitungsfähigkeit besitzt.It has now been shown that the use of steel or cast iron pistons, which in a Cylinders made of a similar material run, with hydraulic gears a completely perfect seal even though piston rings are not used there. This is based in particular in the Compared to the combustion engine pistons just mentioned, the fact that with hydraulic transmissions the circulating oil brings about an almost uniform temperature of the piston and cylinder, since it is not has high temperatures of the combustion gases and, compared to gases, also has better heat dissipation capacity owns.

Bei Verwendung der aus dem Verbrennungsmotorbau bekannten Kolben mit einer dünnen Außenschicht, welche eine bessere Lauffähigkeit als das Kolbenmaterial besitzt, ergibt sich daher der Vorteil, daß man außer dem schon bekannten Effekt des besseren Laufes eine wesentlich bessere Abdichtung erhält, als sie etwa bei Verwendung von Bronzekolben in Stahloder Gußeisenzylindern möglich ist, die mit ihrer Bronzeoberfläche eine gute Lauffähigkeit haben, jedoch eine größere Wärmeausdehnung besitzen als die stählernen oder eisernen Getriebezylinder. Die Anwendung eines Stahlkolbens mit einem Überzug einer Metallschicht mit guten Laufeigenschaften verbessert daher hier auch die Dichtung, weil die dünne Metallschicht keinen Einfluß auf die gesamte Wärmeausdehnung des Kolbens ausübt und das umlaufende Öl im hydraulischen Getriebe eine praktisch gleiche Temperatur der Zylinder und des Kolbens gewährleistet. Kolben dieser Art ergeben daher bei ihrer Anwendung im hydraulischen Getriebebau eine wesentlich verbesserte Abdichtung, und dies ist hier um so wichtiger, Kolben für hydraulische GetriebeWhen using the pistons known from internal combustion engine construction with a thin outer layer, which has a better runnability than the piston material, there is therefore the advantage that in addition to the already known effect of better running, a much better seal is obtained than it is possible with the use of bronze pistons in steel or cast iron cylinders Bronze surface have a good runnability, but have a greater thermal expansion than that steel or iron gear cylinder. The application of a steel piston with a coating of a Metal layer with good running properties therefore also improves the seal here because the thin metal layer has no influence on the entire thermal expansion of the piston and the circulating oil In the hydraulic transmission, a practically identical temperature of the cylinder and the piston is guaranteed. Pistons of this type therefore result in a significantly improved one when used in hydraulic transmission construction Sealing, and this is all the more important here, pistons for hydraulic transmissions

Anmelder:Applicant:

Oswald Thoma,
Grünwald bei München,
Gabriel-von-Seidl-Str. 56Oswald Thoma,
Grünwald near Munich,
Gabriel-von-Seidl-Str. 56

Oswald Thoma, Grünwald bei München,
ist als Erfinder genannt wordenOswald Thoma, Grünwald near Munich,
has been named as the inventor

als der Ausweg der Anwendung von Kolbenringen, abgesehen von der hierdurch bedingten Kompliziertheit im hydraulischen Getriebebau, nicht möglich ist, da bei den hohen Betriebsdrücken nur eine große Zahl sehr stark vorgespannter Ringe eine verbesserte Abdichtung ergeben würde. Auch wäre eine derartige Anordnung mit erheblichen Reibungsverlusten verbunden, wie sie bei hydraulischen Getrieben, die allgemein besonders gute Wirkungsgrade haben müssen, nicht erträglich sind.as the way out of the application of piston rings, apart from the complexity involved in hydraulic transmission construction, is not possible, since only a large number at the high operating pressures very highly preloaded rings would result in an improved seal. Also would be such Arrangement associated with considerable frictional losses, as is the case with hydraulic transmissions, in general must have particularly good efficiencies, are not tolerable.

Die Abb. 1 stellt eine Ausführungsform der Erfrndung dar. K ist der Körper eines Kolbens, welcher beispielsweise becherartig gestaltet ist, wie dieses bei Axialkolbengetrieben üblich ist, und welcher beispielsweise im Innern die für eine kugelige Pleuelstange bestimmte Schale S trägt. Um nun diesem Kolben die genügende Festigkeit zu geben, stellt man ihn aus Stahl her, wobei man ihn auch leicht härten kann, z. B. bei der Schale 5" oder bei der meist etwas kegelförmig gestalteten Mitnehmerfläche M, welche beispielsweise für die kardanlose Mitnahme eines Zylinderblockes durch die Pleuelstangen, welche die Verbindung des Kolbens mit einer Triebscheibe herstellen, bestimmt ist. Um nun dem Kolben eine gute Lauffähigkeit zu geben, wird er an der Oberfläche mit einer dünnen Bronzehaut bekleidet; damit sich diese unter Einwirkung des pulsierenden Öldruckes nicht löst, wird sie zug- und druckfest mit der Oberfläche des Kolbens verbunden, was durch Aufschweißen, Aufspritzen, galvanoplastisches Niederschlagen einer lauffähigen Metallschicht und ähnliche bekannte Hilfsmittel geschehen kann. Um nun ferner, insbesondere an der linken Seite des Kolbens nach Fig. 1, an welcher die pulsierenden Drücke auf den Kolben einwirken, eine besonders innige Verbindung zwischen Kolben und Metallschicht herzustellen, sind dort bei-Fig. 1 shows an embodiment of the invention. K is the body of a piston, which is designed, for example, cup-like, as is usual in axial piston drives, and which, for example, carries the shell S intended for a spherical connecting rod inside. In order to give this piston sufficient strength, it is made of steel, whereby it can also be easily hardened, e.g. B. with the shell 5 "or with the mostly somewhat conical shaped driving surface M, which is intended for example for gimballess driving of a cylinder block through the connecting rods, which connect the piston with a drive pulley the surface of the piston is covered with a thin bronze skin; so that it does not come loose under the effect of the pulsating oil pressure, it is connected to the surface of the piston in a tensile and pressure-resistant manner, which is achieved by welding, spraying, electroforming a running metal layer and the like In order to establish a particularly intimate connection between the piston and the metal layer, in particular on the left-hand side of the piston according to FIG.

809 598/308809 598/308

spielsweise die Nuten Λ^Γ angebracht, in welche die Bronzehaut B besonders verankert wird, wozu man sie beispielsweise auch schwalbenschwanzförmig gestalten kann. Im übrigen wird die Oberfläche des Kolbens K in der Regel rauft ausgeführt. Eine ölzuführungsbohrung ö beliebiger Art und Anordnung läßt sich ebenfalls an dem Kolben anbringen.For example, the grooves Λ ^Γ attached, in which the bronze skin B is particularly anchored, for which purpose it can also be designed in the shape of a dovetail, for example. Otherwise, the surface of the piston K is generally rough. An oil supply hole ö any type and arrangement also can be mounted on the piston.

Die innige Verbindung der Bronzeschicht B mit dem eigentlichen Kolbenkörpef K und ihre verhältnismäßig geringe Wandstärke im Vergleich zu dem Kolben K und dessen Wandstärke hat den erfindungsgemäßen Erfolg, daß unbeschadet der guten Lauffähigkeit der Kolbenoberfläche der Gesamtdurchmesser des Kolbens sich auch bei Temperaturschwankungen praktisch so verhält, wie bei einem nur aus Stähl bzw. Eisen hergestellten Körper. Andererseits ist es möglich, das Innere des Kolbens für die dort auftretende Beanspruchung besonders geeignet zu machen, indem man die Mitnehmerfläche M härtet und ebenso auch die Schalenfläche S, falls man nicht vorsieht, die Schale etwa getrennt einzusetzen, wie dies beispielsweise in Abb. 2 vorgesehen ist. Auch eine Rückzugschale R kann angeordnet werden und in geeigneter Weise, z. B. durch Gewinde, befestigt werden. Die übrigen Teile sind wie in Abb. 1 bezeichnet.The intimate connection of the bronze layer B with the actual piston body K and its relatively small wall thickness compared to the piston K and its wall thickness has the success according to the invention that, without prejudice to the good runnability of the piston surface, the overall diameter of the piston behaves in practically the same way even with temperature fluctuations in the case of a body made only of steel or iron. On the other hand, it is possible to make the interior of the piston particularly suitable for the stress that occurs there by hardening the driver surface M and also the shell surface S, if there is no provision for the shell to be inserted separately, for example, as shown in Fig. 2 is provided. A retraction shell R can also be arranged and used in a suitable manner, e.g. B. by thread attached. The other parts are marked as in Fig. 1.

Das Aufspritzen der lauffähigen Schicht B in Abb. 1 und 2 ist für die Herstellung das bequemste Mittel und hat außerdem den Erfolg, daß nur eine örtliche Erwärmung eintritt und infolgedessen keine Enthärtung des übrigen Kolbens und kein wesentliches Verziehen desselben beim Aufbringen der Bronzeschicht B zu befürchten ist. Andererseits ist diese Verbindung nicht immer sehr dauerhaft, weil es schwierig ist, eine sehr gut haftende Bronzeschicht B zu erzielen, welche auch den Pulsationen eines hohen Betriebsdruckes standhält. Der Vermeidung des Abhebens der aufgespritzten Bronzeschicht oder auch nicht ganz vollkommen aufgeschweißten Bronzeschicht B dienen ja auch die Nuten N in Abb. 1.The jetting of the executable layer B in Fig. 1 and 2 is the most convenient means for the production and also has the result that only a local heating occurs and consequently no softening of the rest of the piston and no substantial distortion thereof during application of the bronze layer to fear B is. On the other hand, this connection is not always very durable, because it is difficult to achieve a bronze layer B that adheres very well and can withstand the pulsations of a high operating pressure. The grooves N in Fig. 1 also serve to prevent the sprayed-on bronze layer from lifting off or the bronze layer B which is not completely welded on.

Eine weitere Verbesserung in der Haftung aufgespritzter oder aufgeschweißter Bronzeschichten ist dadurch möglich, daß man sich nicht darauf beschränkt, die Oberfläche des Kolbens mit Rillen zu versehen, wie sie etwa schematisch in Abb. 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt sind. Die Herstellung derartiger Rillen ist im übrigen auch bei einem oberflächengehärteten Kolben leicht möglich, da man ja die harte Oberfläche des entsprechend etwas größer hergestellten Kolbens leicht durch Schleifen entfernen kann oder durch bekannte Maßnahmen das Eintreten der Oberflächenhärtung an diesen Stellen zu verhindern vermag. Die Rillung der Oberfläche kann man beispielsweise mit einem Drehstahl herstellen. Erfindungsgemäß wird nun die Haftung der aufgeschweißten Bronzeschicht auf der Koll>enoberfläche dadurch verbessert, daß man nach Herstellung verhältnismäßig tiefer Rillen, die etwa gemäß Abb. 3 in vergrößertem Maßstabe durch einen Drehstahl gewonnen wurden, nachträglich in einem besonderen Prozeß die Oberfläche des Kolbens zusammendrückt. Hierdurch wird schematisch die Kolbenoberfläche in der Weise verändert, wie dies in Abb. 4 dargestellt ist; d. h., an Stelle der einfachen Nutung mit Parallelen oder mit den etwas nach innen einander sich nähernden Nutenwänden wird eine schwalbenschwanzförmige Gestalt der einzelnen Rillen hervorgerufen durch das Anstauchen im Kopf derselben, welches durch eine Rolle oder ein stumpfes Werkzeug erzielt wird. Es ist klar, daß in diesem Falle insbesondere eine aufgespritzte Bronzeschicht sehr viel besser halten wird, ohne daß man die Nachteile von Schwalbenschwänzen bei der Erzeugung auf der Drehbank mittels eines Drehstahls in Kauf zu nehmen braucht. Diese Nuten würden für den Spritzprozeß viel zu groß ausfallen.A further improvement in the adhesion of sprayed or welded bronze layers is thereby possible that one does not limit oneself to providing the surface of the piston with grooves, as shown schematically in Fig. 3 on an enlarged scale. The manufacture of such Grooving is also easily possible with a surface-hardened piston, since the hard one is used Surface of the correspondingly somewhat larger piston can easily be removed by grinding or able to prevent the occurrence of surface hardening at these points by known measures. The grooving of the surface can be made with a turning tool, for example. According to the invention the adhesion of the welded bronze layer on the barrel surface is now improved by that after making relatively deep grooves, which are approximately shown in Fig. 3 in enlarged Scales were obtained by a turning tool, the surface subsequently in a special process compresses the piston. This schematically changes the piston surface in such a way that as shown in Fig. 4; d. i.e., instead of the simple groove with parallels or with the groove walls, which approach one another somewhat inward, become dovetail-shaped of the individual grooves caused by the upsetting in the head of the same, which is caused by a roll or a blunt tool is obtained. It is clear that in this case in particular one sprayed on The bronze layer will hold up much better without the disadvantages of dovetail tails Production on the lathe by means of a lathe tool needs to be accepted. These grooves would be for the spray process turn out to be much too large.

Die weitere Untersuchung des erfindungsgemäßen Kolbens zeigt ferner, daß es in manchen Fällen genügt, nicht die ganze Oberfläche des Kolbens, sondern nur einen Teil derselben mit einer lauffähigen Metallschicht zu bekleiden. In Abb. 5 und 6 ist beispielsweise eine derartige Ausführung dargestellt. Hier ist, etwa von der Bohrung H ausgehend, an der Oberfläche des Kolbens ein Nutensystem A^r zweckentsprechend mit schwalbenschwanzförmigem Profil und gegebenenfalls auch als fortlaufende Spira-lennutung eingeschnitten, welche die gesamte Kolbenoberfläche oder wenigstens einen Teil derselben zur Aufnahme eines aus Bronze od. dgl. bestehenden Füllkörpers geeignet macht. Dieser kann etwa in Form eines Rund- oder Profildrahtes angebracht werden, indem man ihn am Anfang als Haken krümmt, mit diesem Haken dann in Bohrung// einhängt und mit einer Rolle auf der Drehbank in die Nuten einpreßt, wodurch er in diese unter Pressung eingeführt wird und gegebenenfalls ein schwalbenschwanzförmiges Profil annimmt.Further investigation of the piston according to the invention also shows that in some cases it is sufficient not to cover the entire surface of the piston, but only a part of it with a metal layer that can run. In Fig. 5 and 6, for example, such an embodiment is shown. Here, starting for example from the bore H , on the surface of the piston a groove system A ^{r is} appropriately cut with a dovetail-shaped profile and possibly also as a continuous spiral groove, which covers the entire piston surface or at least a part of it to accommodate a bronze or the like . makes existing packing suitable. This can be attached in the form of a round or profile wire, by curving it as a hook at the beginning, then using this hook to hang it in the hole // and press it into the grooves with a roller on the lathe, thereby inserting it under pressure and if necessary assumes a dovetail-shaped profile.

Die Einzelheiten der dargestellten Kolbenkonstruktion sind für die Erfindung unwesentlich. Es ist auch möglich, an Stelle von Becherkolben, wie sie für Axialgetriebe üblich sind, solche für Radialkolbengetriebe oder für andere Bauarten geeignete in der erfindungsgemäßen Weise auszugestalten, beispielsweise auch solche, die unmittelbar mit einem Kreuzkopf oder anderen Konstruktionsteilen zusammenhängen. Wesentlich für die Erfindung ist dagegen die Bewehrung eines aus einem festen und geeigneten Material, wie Eisen, Stahl od. ä., bestehenden Kolbens mit einer zug- und druckfest verbundenen Metallschicht, wobei diese ganz nach Bedarf die gesamte Kolbenoberfläche oder auch nur einen Teil derselben zu umfassen braucht. Bei dieser Erfindung ist nur ein Teil der Kolbenoberfläche mit Bronze od. dgl. bewehrt, während das äußere offene Ende des Kolbens, woselbst beispielsweise die Mitnahme erfolgt, frei gelassen ist. Hierdurch wird dort eine möglichst große Wandstärke des Stahl- oder Eisenkörpers erzielt, was für die dort auftretenden Beanspruchungen günstig ist. Es ist dies möglich, weil sich erfindungsgemäß zeigt, daß auch schon die Bewehrung eines Teiles der Kolbenoberfläche mit lauffähigem Material in der Regel genügt, um Störungen an den Gleitflächen zu vermeiden.The details of the piston construction shown are immaterial to the invention. It is also possible, instead of beaker pistons, as are customary for axial gears, to design those suitable for radial piston gears or for other types of construction in the manner according to the invention, for example also those that are directly related to a crosshead or other structural parts. What is essential for the invention, on the other hand, is the reinforcement of a piston made of a solid and suitable material such as iron, steel or the like, with a tensile and pressure-resistant bonded metal layer, with the entire piston surface or only part of it as required needs to include. In this invention , only part of the piston surface is reinforced with bronze or the like, while the outer open end of the piston, where it is carried along, for example, is left free. As a result, the greatest possible wall thickness of the steel or iron body is achieved there, which is favorable for the stresses occurring there. This is possible because according to the invention it is shown that even the reinforcement of a part of the piston surface with runnable material is usually sufficient to avoid disturbances on the sliding surfaces.

Wird das Material dabei in Ringnuten oder Spiralnuten aufgebracht, so kann dasselbe auch — wie dargestellt — verhältnismäßig stark gewählt werden, ohne daß hierdurch die Festigkeit des Kolbens oder seine Wärmeausdehnung durch die Erwärmung des lauffähigen Materials zu ungünstig beeinflußt wird, da ja nur ein Teil der Gesamtoberfläche durch die Ring- oder Spiralnuten geschwächt wird.If the material is applied in ring grooves or spiral grooves, the same can also be done - as shown - Are selected relatively strong, without thereby affecting the strength of the piston or its thermal expansion is influenced too unfavorably by the heating of the running material, because only part of the total surface is weakened by the ring or spiral grooves.

Andererseits ist es möglich, Rückzugschalen R oder ähnliche Konstruktionskörper, welche über den Kolben hinübergeschoben werden sollen, auf diesen aufzubringen, bevor eine durchgehende Auflage des lauffähigen Materials, also etwa eine aufgeschweißte oder aufgespritzte Bronzeschicht B, vorgenommen wird. Hierdurch ist es möglich, dem überzuschiebenden Konstruktionskörper eine noch engere Bohrung zu geben, was oft vorteilhaft ist.On the other hand, it is possible to apply retraction shells R or similar structural bodies, which are to be pushed over the piston, before the running material, for example a welded or sprayed-on bronze layer B, is applied continuously. This makes it possible to give the structural body to be pushed over an even narrower bore, which is often advantageous.

Die Abb. 7 zeigt eine entsprechende Ausführungsform eines Kolbens, bei welchem beispielsweise ein Kugelkopf E unmittelbar mit dem Kolbenkörper K Fig. 7 shows a corresponding embodiment of a piston in which, for example, a ball head E directly to the piston body K

zusammenhängt. Die Rückzugschale R kann dann, falls man sie vor dem Aufbringen des Bronzebelages B überschiebt, in ihrer Bohrung so klein gehalten werden, daß sie nur über den noch nicht bekleideten Kolben gerade noch hinübergeht, ohne daß man genötigt ist, deswegen die Rückzugschale R zweiteilig auszuführen.related. The retraction shell R can then, if it is pushed over before the application of the bronze coating B , be kept so small in its bore that it only just goes over the unclad piston, without the need to design the retraction shell R in two parts .

Claims

PATENT CLAIMS:

1. The use of steel pistons which, in a manner known per se, have wholly or partially on their surface a coating of a metal layer with good running properties, as pistons for hydraulic transmissions.

2. Piston for use according to claim 1, characterized in that the piston surface is sprayed or welded with a thin layer of metal, such as a layer of bronze.

3. Piston according to claim 2, characterized in that for anchoring the metal layer Grooves are screwed into the piston surface, in which the metal layer engages.

4. Piston according to claim 3, characterized in that the grooves are predominantly on the pressure sides of the piston are attached.

5. Piston according to claim 2, characterized in that the piston surface in front of the Applying, in particular spraying, the metal layer is provided with grooves.

6. Piston according to claim 5, characterized in that the grooves prior to the application of the Metal layer can be compressed with a roller or a pressing tool.

7. Piston according to claim 2, characterized in that individual grooves on the surface or a continuous spiral groove is cut, which is filled with good Running properties are filled.

8. Piston according to claim 2, characterized in that the runnable material, in particular when arranged in grooves, only part of the piston surface is reinforced and other parts of the Piston surface, for example those with great bending stress, remain solid.

9. Piston according to claim 2, characterized in that structural parts, such as a Retraction tray to be pushed over the piston before the runnable material is on the Piston surface is attached.

Considered publications:

Austrian Patent No. 111,519;

German patents No. 704 467, 538 879,
387, 953 223, 843 198;

Advertising leaflet from Mahle-KG, Stuttgart-Bad Cannstatt, No. 5019A;

British Patent No. 491,974;

French patent specification No. 632 263.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings