DE2448046A1

DE2448046A1 - Kolben mit einseitig angeordneter lagerflaeche zur aufnahme eines kraftuebertragungselements sowie verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2448046A1
Application number: DE19742448046
Authority: DE
Inventors: Sinclair Upton Cunningham; Donald Firth; James Rutherford Wells
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1973-10-10
Filing date: 1974-10-09
Publication date: 1975-04-24
Also published as: AR206129A1; GB1484014A; JPS5065901A; FR2247629A2; ES430882A1; FR2247629B2

Description

2Λ48046

PATHNTAN \V Λ KT

i,. ing. H. HO LZEK AUGSBURG

IJHILIPFINB-WELdEIi-SaKASSJt 1«

N, 238

Augsburg, den 8. Oktober 1974

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74 Victoria Street, London S,W,1, England

Kolben mit einseitig angeordneter Lagerfläche zur Aufnahme eines Kraftübertragungselements sowie Verfahren zu dessen

Herstellung

(Zusatz zu Patent ····«·«,«*· (Patentanmeldung amtliches Aktenzeichen P 22 15 315.7))

Im Hauptpatent ··«·«««·· (Patentanmeldung amtliches Aktenzeichen P 22 15 315«7) ist ein Kolben mit einseitig angeordneter Lagerfläche zur Aufnahme eines Kraftübertragungs·

■B09817/10B1

elements unter Schutz gestellt, wobei der Kolbenkörper einen Einsatz aus reibungsarmem Material enthält, der in der genannten Lagerfläche zu einer Lagerschale für das Kraftübertragungselement geformt ist, und wobei Vorrichtungen zur sicheren Befestigung des Einsatzes im Kolbenkörper vorhanden sind«

Dabei handelt es sich insbesondere um Kolben mit kugelförmigen Kraftübertragungselementen für die Anwendung in hydrostatischen Pumpen oder Motoren, welche Dreh- oder geradlinige Bewegungen ausführen.

Bei hydrostatischen Maschinen ist die abgegebene mechanische Leistung (im Falle eines Motors) oder die aufgenommene mechanische Leistung (im Falle einer Pumpe) eher eine Funktion des Druckes (und somit der potentiellen Energie) der Arbeitsflüssigkeit als deren Geschwindigkeit (und damit der kinetischen Energie),

Bei bekannten hydrostatischen Kolbenmaschinen sind die Kolben als Kugeln ausgebildet, die jeweils mit Feinpassung in einer Zylinderbohrung gleiten, welcher die Arbeitsflüssigkeit, z,B, öl, zugeführt wird und aus welcher sie ausgestoßen wird© Die Kugeln arbeiten als Profilfolgeorgane

- 2 509817/1051

und wirken mit einer Leitprofilbahn zusammen, die sich relativ zu den die Kugelkolben führenden Zylindern bewegt.

Bei langsamer Hin- und Herbewegung der Kugelkolben kann das an der Kugel vorbeisickernde öl bis auf einen beträchtlichen Teil der insgesamt in den Zylinder einströmenden Menge anwachsen. Da sich die Kugel frei im Zylinder drehen können muß, damit sie als Profilfolgeorgan arbeiten kann, ist es nicht möglich, das Durchlecken des Öles durch eine an der Kugel angebrachte Druckdichtung zu vermindern.

Es ist schon vorgeschlagen worden, einen Hilfskolben zur Verminderung der Leckströmung an der Kugel vorzusehen, der im wesentlichen als starre Scheibe ausgebildet und mit Gleitsitz in die Zylinderbohrung eingepaßt ist und der eine Sitzfläche für die Kugel aufweist. Es ist jedoch schwierig, bei einer Bolchen Anordnung die Reibung zwischen Scheibe und Kugel klein zu halten.

Mit der im Hauptpatent ,·,,,···· (Patentanmeldung amtliches Aktenzeichen P 22 15 315,7) unter Schutz gestellten Anordnung wird zwar die Reibung zwischen dem Kolbenkörper und der Kugel vermindert und der Zylinder wirkungsvoll abgedichtet, jedoch hat es sich gezeigt, daß bei dieser Konstruktion bei hohen

. 5098 17/105 1

24A80A6

Betriebsdrücken und, wenn eine als Motor arbeitende Maschine einen Freilauf besitzt, daß die formschlüssige Verbindung des aus Kunststoff bestehenden Einsatzes mit dem Kolbenkörper nicht in jedem Falle dazu ausreicht, ein Herausdrücken dieses Einsatzes und des kugelförmigen Kraftübertragungselements aus dem Kolbenkörper infolge des Druckes der Arbeitsflüssigkeit zu verhindern. Auch die im Hauptpatent vorgeschlagene Maßnahme, den die Lagerfläche umschließenden Teil des Kolbenkörpers und/oder den das Kraftübertragungselement umschließenden Teil des Einsatzes beispielsweise durch Umbördeln so zu formen, daß er das Kraftübertragungselement im Kolbenkörper zurückhält, kann die eben erwähnte Schwierigkeit nicht vollständig beseitigen«

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Herausdrücken des kugelförmigen Kraftübertragungselements und des Einsatzes aus dem Kolbenkörper in jedem Falle zu verhindern.

Diese Aufgabe wird im Sinne einer Verbesserung und weiteren Ausbildung des im Hauptpatent «,_ββ,_ββ«.* (Patentanmeldung amtliches Aktenzeichen P 22 15 315„7) unter Schutz gestellten Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch

- 4 -509817/1051

gelöst j, daß ein mit dem Kolbenkörper zusammenwirkendes ₀ als gesondertes Bauteil ausgebildetes Halteeleraent das all Kugel ausgebildete Kraftübertragungselement im Kolbenkörpei³ zurückhält ©

Die erfindungsgemäße Lösung weist die Vorteile auf _D daß das Kraftübertragungselement sicher im Kolbenkörper¹ zurückgehalten wird und die das Kraftübertragungselement umschließende Wandung des Kolbenkörpers einen steifen, nicht verformbaren Rand besitzt ₈ und daß die Anordnung leicht und billig herstellbar und "einfach montierbar ist. Indem dae Kraftübertragungselement sicher im Kolbenkörper zurückgehalten wird, wird dadurch auch der Einsatz sicher im Kolbenkörper gehalten.

Das Halteelement kann ein Federelement sein, welches durch seine radial nach außen gerichtete Federkraft im Kolbenkörper gehalten wird« Beispielsweise kann dieses Halteelement ein Federring sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umschließt der Kolbenkörper das kugelförmige Kraftübertragungselement mit einem sich von der Lagerflache bis über die Mittelebene der Kugel erstreckenden Wandungsteil, Mit der Mittelebene

- 5 509817/1051

dej? Kugel ist die senkrecht zur Achse des Kolbenkörpers ¥erlaufende,, durch den Kugelmittelpunkt gehend® Ebene gemeint₀ Das Halt©element ist zweckmäßigerweia® in der genannten Kolbenkörperwandung zwischen der Kugelmittelebene und. dem offenen Ende dieser Kolbemkörperwandung angeordnet» Beispielsweise ist das Halteelement in eine Umfangsnut an. der Innenfläche des eben erwähnten Kolbenkdrperwandungs« "Bereiches eingesetzt₀

Vorzugsweise weist der Kolbenkörper einen ununterbrochenen,, entlang des Randes der kugeligen Lagerfläche verlaufenden und radial einwärts zur- Kugel hin vorstehenden Bund auf, der eine solche Form und Dicke besitzt, daß eine Verdrängung des aus Kunststoff bestehenden Einsatzes unter dem von der Leitprofilbahn auf die Kugel übertragenen Druck verhindert wird«

Ferner ist vorzugsweise ein von der Lagerfläche zur am anderen Kolbenende liegenden Beaufschlagungsstirnseite führender Kanal vorgesehen, der den Durchtritt von Arbeitsmittel zur Lagerfläche zwecks Herstellung einer hydrostatischen Lagerung für das Kraftübertragungselement ermöglicht. Die Lagerfläche ist vorzugsweise so geformt, daß sie im Betrieb hinter der Kugel einen so großen

- 6 509817/1051

Hohlraum bildet, daß eine mit Arbeitsflüssigkeit gefüllte Tasche hinter der Kugel zur Bildung einer hydrostatischen Kugellagerung entsteht. Außerdem ist die Lagerschalenfläche vorzugsweise so ausgebildet, daß die Kugel im Betrieb nur einen ringstreifenförmigen Flächenbereich der Lagerschalenfläche berührt, der zwischen dem äußeren Rand des Einsatzes und dem Boden des Einsatzes liegt»

Die Lagerschalenfläche kann teilsphärisch ausgebildet sein oder im wesentlichen eine Form besitzen, die den Konturen einer Vielzahl von Kugelflächen verschiedenen Durchmessers mit entlang der Achse des Einsatzes befindlichen Krümmungsmittelpunkten folgt® Gemäß einer anderen Alternative weist die Lagerschalenfläche mindestens teilweise eine elliptische Form auf» Vorzugsweise führt der genannte Kanal vom Boden der Lagerschalenfläche zur Beaufschlagungsstirnseite des Kolbenkörpers, so daß Arbeitsflüssigkeit in den genannten Hohlraum eintreten kann. Diese Arbeitsflüssigkeit dient der Verminderung des Verschleißes der Lagerschalenfläche des Einsatzes, was auf zweierlei Weise erreicht werden kann. Erstens ist die Arbeitsflüssigkeit normalerweise öl und stellt eine einfache hydrodynamische Schmierung her. Zweitens befindet sich die Arbeitsflüssigkeit in einer hydrostatischen

5 0 9 8 1 7 / 1 0 f,' 1

2U8046

Maschine unter hohem Druck und kann eine hydrostatische Lagerung an der Rückseite des kugelförmigen Kraftübertragungselements herstellen, so daß die Beanspruchung der Lagerschalenfläche des Einsatzes verringert wird·

Demzufolge weist der Kolbenkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine sich von seiner Lagerfläche zur beaufschlagungsseitigen Stirnfläche hin verlaufende öffnung auf und der Einsatz ragt durch diese öffnung hindurch, wobei der genannte Kanal durch den, die öffnung des Kolbenkörpers durchsetzenden Teil des Einsatzes hindurch verläuft.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der eine Lagerschale bildende Einsatz aus reibungsarmem Kunststoff in den an einer Stirnseite eine Lagerfläche und einen den Rand dieser Lagerfläche begrenzenden Ringbund aufweisenden Kolbenkörper eingesetzt und soweit in die Lagerfläche hineingedrückt wird, bis der Lagerschalenrand des Einsatzes hinter dem Ringbund des Kolbenkörpers einrastet, danach das kugelförmige Kraftübertragungselement in die Lagerschale eingesetzt und das diese Kugel in der Lagerschale zurückhaltende Halteelement in den Kolbenkörper eingesetzt wird»

- 8 509817/1051

Das Verfahren kann auch das Positionieren des Einsatzes mittels eines, einen Teil desselben bildenden Schaftes, der in eine van-der Lagerflache bis¹zur Beaufschlägungsstirnseite des Kolbenkörpers verlaufende Axialbohrung des Kolbenkörpers eingesetzt wird und eine von der Lagerschalenfläche aus axial über einen Teil seiner Länge verlaufenden Kanal enthält, und das Absehneiden des nach dem Einsetzen über die Beaufschlagungsstirnfläche -des Kolbenkörpers überstehenden Teils des Schaftes umfassen, wobei der genannte Axialkanal sich bis in den abgeschnittenen Teil des Schaftes erstreckt, _: . .

Der Einsatz ist zweckmäßigerweise aus Polytetrafluoräthylen, Nylon oder einem anderen Acetalwerkstoff hergestellt.

Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es stellen dar: ·

Pig, 1 einen Axialschnitt durch einen

Kolben nach der Erfindung für -.·... eine hydrostatische Maschine,

Pig, 2 eine"Ansicht eines bei dem Kolben

- 9 - . 5 0 9 8 17/1051 "

nach Pig» 1 verwendeten Federringes,

Pig, 3 einen Längsschnitt durch einen

Einsatz für den in Pig, 1 dargestelltem Kolben,

Fig« 4 einen Axialschnitt eines weiteren

Kolbens nach der Erfindung,

Pig, 5 einen Axialschnitt durch eine

Abwandlung des in Pig* 4 dargestellten Kolbens,

Fig. 6a . einen Axialschnitt durch einen

weiteren Kolben nach der Erfindung, und

Fig, 6b eine schematische Darstellung der

Kugelflächen, die zur Erzeugung der Lagerschalenfläche für den in Pig, 6a dargestellten Kolben benützt werden.

In Pig, 1 ist ein Kolben für eine als Pumpe oder

- 10 -,,
0 9 8 17/1051 ^

- ■ . 2U8046

Motor arbeitende hydrostatische Maschine dargestellt. Der Kolben 11 weist einen Kolbenkörper 12 auf, der an einer ' Stirnseite eine Lagerfläche 13 und eine von da aus axial durch den Kolbenkörper hindurch bis zu seiner anderen, dem Arbeitsmittel zugewandten Stirnfläche 19 verlaufende Bohrung Ik besitzt. Die Lagerfläche 13 ist so ausgebildet, daß sie ein kugelförmiges Kraftübertragungselement 15 aufnehmen kann, und ist durch einen Einsatz 16 ausgekleidet, der eine Lagerschale 21 für die Kugel 15 darstellt. Bei Verwendung in einer hydrostatischen Maschine ist die Zylinderbohrung 17 mit einem Arbeitsmittel, beispielsweise mit Öl, gefüllt.

Der Einsatz 16 ist aus Kunststoff hergestellt und federnd ausgebildet und besitzt eine beträchtlich geringere Reibung gegenüber dem Werkstoff der Kugel 15 als der Kolbertkörper 12, Der Kolbenkörper 12 und die Kugel 15 bestehen zweckmäßigerweise aus Metall, wobei die Kugel zweckmäßig aus gehärtetem Stahl hergestellt ist. Der Einsatz 16 besitzt einen Schaft 22, der durch die Bohrung 14 des Kolbenkörpers 12 hindurchragt und zur Positionierung des Einsatzes im Kolbenkörper 12 beiträgt. Durch den Schaft des Einsatzes 16 hindurch verläuft ein Kanal 20, der den Zutritt von Arbeitsmittel zur Lagerschalenfläche 21 ermöglicht.

- 11 5 0 9 8 17/1051

Der Kolbenkörper 12 ist mit einem um den Rand der Lagerfläche 13 herum verlaufenden, radial einwärts vorspringenden Bund 23 versehen, welcher den hinter ihm eingerasteten Einsatz 16 im Kolbenkörper 12 zurückhält. Außerdem weist der Kolbenkörper 12 eine Umfangsnut 24 auf, in welche der in Fig. 2 in Draufsicht dargestellte Federring eingesetzt ist. Dieser Federring 25 besteht vorzugsweise aus Federstahl und hält die Kugel 15 im Kolbenkörper zurück,

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Einsatz vor dem Einsetzen in den Kolbenkörper 12, In diesem Zustand besitzt der Schaft 22 noch einen geschlossenen Fortsatz 26, der sich weiter als der Kanal 20 erstreckt.

Der Zusammenbau des Kolbens erfolgt folgendermaßen: Der Einsatz 16 wird durch Einschieben des Schaftes 22 in die Bohrung 14 in den Kolbenkörper 12 eingesetzt. Der Einsatz 16 wird dabei so in die Lagerfläche 13 hineingepreßt, daß der federnde Kunststoff hinter dem Bund einrastet. Der nicht benötigte Fortsatz 26 des Schaftes wird bündig mit der Beaufschlagungsstirnfläche 19 des Kolbenkörpers abgeschnitten; sodann wird die Kugel 15 in die Lagerschalenfläche 21 eingesetzt. Der Federring wird in die Nut 24 eingerastet, so daß er die Kugel 15

- 12 50981 7/1051

in ihrer Lage im Koibenkörper hält.

Bei der in Pig, 1 dargestellten Anordnung ist die Lagerfläche 13 des Kolbenkörpers als Kugelfläche ausgebildet. Der Einsatz besitzt eine im wesentlichen gleichbleibende Dicke, er kann jedoch zu seinem äußeren Rand hin leicht dünner werdend ausgebildet sein.

In Pig, % ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei welcher sowohl die Lagerschale 21 als auch die Lagerfläche 13 des Kolbenkörpers im Schnitt elliptisch sind. Dadurch entsteht zwischen der Lagerschalenfläche 21 des Einsatzes und der Kugel 15 ein Hohlraum, Dieser Hohlraum füllt sich im Betrieb mit Arbeitsmittel, welches eine Schmierung und eine hydrostatische Lagerung für die Kugel bildet. Die Kugel 15 berührt die Lagerschalenflache daher nur im Bereich eines mit 21· bezeichneten Ringstreifens, Obwohl die gesamte Innenfläche des Einsatzes als Lagerschalenfläche 21 bezeichnet ist, erfolgt also die tatsächliche Berührung nur innerhalb des ringförmigen Bereiches 21·, Die hydrostatische Lagerung ist bei der Ausführungsform nach Pig, 1 ebenfalls vorgesehen, da sieh · in der Praxis auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Arbeitsmitteltasche hinter der Kugel bildet, welche die

- 13 509817/1051

hydrostatische Lagerung darstellt. Dies hat seinen Grund in den geringfügigen Bewegungen des Kraftübertragungseleraents während seiner Drehung und kann außerdem von einer geringfügigen Verformung des Einsatzes unter Betriebsbedingungen herrühren.

In Pig, 5 ist eine Abwandlung des in Pig, 4 dargestellten Kolbens dargestellt, gemäß welcher der äußere Rand des Einsatzes 16 sich bis zur Mittelebene der Kugel ausdehnt, so daß die ringförmige Berührungsfläche 21· etwa um die halbe Ausdehnung der Lagerschale nach hinten verschoben ist.

In Pig, 6a ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Lagerfläche 13 des Kolbenkörpers und ebenfalls die dieser zugewandte Außenfläche des Einsatzes kugelförmig ausgebildet sind. Die Lagerschalenfläche 21 folgt den Konturen von Abschnitten einer Anzahl von Kugelflächen mit verschiedenen Radien und verschiedenen Mittelpunkten, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die oben erörterte Wirkung eintritt, daß nämlich die Kugel 15 nur an einem ringförmigen Fläehenbereich 21* anliegt. Ein Beispiel der Entstehung dieser Form ist schematisch in PIg, 6b dargestellt, wo die Lager-

- 14 509817/1051

244804&

'schalenfläche 21 Teilflächen von drei Kugelflächen 26, und 28 folgt, die Krümmungsmittelpunkte 26^f, 27¹ und 28* besitzen, welch letztere entlang der Kolbenachse mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind. Die übergänge zwischen den drei Kugelflächen sind nicht scharf, sondern weich ausgebildet. Der Durchmesser der Kugelfläche 27 ist gleich dem Durchmesser der Kugel 15, weshalb die Kugelfläche 27 den Berührungsflächenbereich 21' bestimmt. Der Mittelpunkt der Kugelfläche 29, welche die kugelige Außenfläche des Einsatzes 16 bildet, ist mit 29¹ bezeichnet und entlang der Achse des Einsatzes zur Basis des Einsatzes hin vom Punkt 27^f weg verschoben.

Die Ausbildung der Außenseite des Einsatzes als Kugelfläche ist vorteilhaft, da sich daraus die einfachste Form für die Lagerflache 13 des Kolbenkörpers 12 ergibt. Der aus Kunststoff bestehende Einsatz wird zuerst mit kugeliger Außenfläche hergestellt und die Form der Innenfläche kann danach mittels eines Preßwerkzeugs hergestellt werden, so daß die Kugel 15 den Einsatz nachher nur im gewünschten Flächenbereich 21' und nicht auch an der Basis der Lagerschalenfläche 21 oder an deren Rand berührt. Vorzugsweise berührt die Kugel 15 den Einsatz 16 etwa in der Mitte zwischen dem Rand und der Basis der Lager-

- 15 509817/1051

2U8046

schalenfläche 21.

Bezüglich der Abmessungen der beschriebenen Kolben ist zu bemerken, daß die in den Fig. 2 bis 6b dargestellten Ausfiihrungsformen nicht maßstäblich gezeichnet sind und daß jeweils die Krümmung der Lagerschalenfläche 21 aus Gründen der besseren Erläuterung übertrieben dargestellt ist. Der Einsatz 16 braucht auch nicht so dick im Verhältnis zu seinem Durchmesser zu sein, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist. Eine geeignete mittlere Dicke des Einsatzes 16 bei einem Kugeldurchmesser von etwa 25 mm liegt etwa bei 1 mm. Der in Fig. 1 dargestellte Kolben ist im wesentlichen maßstäblich dargestellt, jedoch ist die Dickenverminderung des uinsatzes nicht dargestellt.

Für die Formgebung der Lagerschalenfläche gibt die folgende Tafel ein Bemessungsbeispiel, welches für die in Fig. 6b dargestellten Kugeln Anwendung finden kann.

- 16 -

509817/10 Ti

BAD ORiQiNAL

	Radius (mm)	überspannter Winkel ca.	Mittelpunktsabstand vom Punkt 27' zum Einsatz hin (mm)
kugelfläche 29 (bestimmt Außenfläche des Einsatzes)	11,2	90°	+ 0,275
Kugelfläche 2li (bestimmt ültasche)	10, b	OC= 30°	+ 1,25
Kugelfläche 27 (bestimmt Berührungs fläche nber eich)	11,7	/3 = 20°	O
Kugelfläche 2b (bestimmt öffnung des Einsatzes)	11,9 '	^= 40°	- 0,275
Kugel 15	11,7
äuß, Kolbenradius	13,25

Die Toleranzen für die Kugelradien liegen zweckmäßigerweise bei +_ 0,025 mm und die Kugel und der Kolbenkörper sollten geeignete normale Freimaßtoleranzen haben.

Die Arbeitsweise der hydrostatischen Lagerung für uiü einzelnen beschriebenen Ausfünrungsformen wird nachstehend erläutert«, Obwohl die Kugel 15 mit Peinpassung im äinsat-z 3 6 sitzt, ist ein gewisser Spielraum vorhanden, du-'-oii welchen At'beitsflüssigkeit aus dem Kanal 20 zur

- 17 5 09817/105 1

BAD ORIGINAL

Leitprofilbahn 18 hin durchleckt. Bei Drehung der Kugel relativ zur Leitprofilbahn 18 ergibt eine geringfügige Bewegung der Kugel 15 nach außen zur Leitprofilbahn 18 hin eine Vergrößerung des Spielraums zwischen der Kugel und dem Einsatz 16, so daß Arbeitsflüssigkeit leichter aus der hinter der Kugel befindlichen Flüssigkeitstasche auslecken kann. Jede Bewegung der Kugel 15 zum Einsatz Ib hin verengt den Spielraum zwischen Kugel und Einsatz, so daß das Auslecken von Arbeitsflüssigkeit vermindert wird. Das bedeutet, daß zwischen der Kugel 15 und dem Einsatz ein veränderlicher Spielraum vorhanden ist, der seinerseits geringfügige Veränderungen des hydrostatischen Druckes in der hinter der Kugel 15 befindlichen Flüssigkeitstasche verursacht. Diese Druckänderungen bewirken eine federnde Lagerung der Kugel 15. Das heißt, daß, wenn sich die Kugel während des normalen Betriebs zur Lagerfläche 13 hin verschiebt, der die Kugel in ihre richtige Lage zurückdrängende Druck anwächst. Wenn andererseits die Kugel 15 sich von der Lagerfläche 13 wegverschiebt,so vermindert sich der die Kugel tragende Druck geringfügig infolge der größeren Leckströmung,

Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen ist ein Bund 23 vorhanden, welcher den Einsatz 16 im Kolbenkörper in seiner Lage zurückhält. Die Hauptaufgabe des

- 18 509817/1051

Bundes 13 liegt jedoch darin, eine Verdrängung des Kunststoffes des Einsatzes unter den hohen Drücken und Temperaturen zu verhindern, die im Betrieb auftreten» ßs ist wichtig, daß dieser Bund ununterbrochen um den gesamten Rand der Lagerflache herum verläuft. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß bei einem Kolben mit einem Durchmesser von 36 mm, der in einer Lagerfläche mit einem Kunststoffeinsatz eine Kugel mit 32,5 mm Durchmesser als Kraftübertragungselement trägt, jedoch keinen Bund zur Verhinderung des Pließens des Kunststoffes aufweist,

2 die Fließgrenze bereits bei 246 kp/cm auftritt. Im Gegensatz dazu tritt beim gleichen Kolben mit Antifließbund bei der gleichen Temperatur von 50 C und einer Drenzahl von 100 U/min nach 50 Betriebsstunden noch keine Verformung auf.

Es ist zu bemerken, daß die Bunde 23 in den Fig, 4, und 6a jeweils die gleiche Dicke wie der Einsatz l6 aufweisen, der Bund 23 in Fig, I jedoch eine geringere Tiefe als die jJicke des Einsatzes 16 besitzt. Die Dicke des Bundes kann je nach der Ausbildung der Lagerfläche verschieden gewählt sein, sie muß jedoch stets so groß sein, daß ein Fließen des Werkstoffes des Einsatzes verhindert wird. Form und Lage des Antifließbundes 23 sind vorzugsweise so gewählt, daß in dem mit 30 bezeichneten Bereich

- 19 - '

509817/1051

BAD ORIGINAL

2U8046

der minimale Spielraum zwischen der Kugel 15 und der Kolbenkör.perinnenwandung gegeben ist· Wenn die Rückseite des Kolbens 11 mit dem Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird, wird die mit der Leitprofilbahn 18 in Berührung stehende Kugel in den Kunststoffeinsatz 16 hineingedrückt. Wenn dieser Druck genügend groß ist, kann er den Fließwiderstand des,Kunststoffes überwinden und diesen aus dem Spalt zwischen der Kugel 15 und der Kolbenkörperwandung 30 herauspressen. Je enger dieser Spalt ist, umso höher ist der erforderliche Druck, um den Kunststoff herauszupressen. Damit dieser Spalt so klein wie möglich ist, liegt der Rand des Einsatzes 16 vorzugsweise etwa in Höhe der Mitte der Kugel 15· Der Innendurchmesser der Kolbenkörperwandung 30 kann beispielsweise etwa 0,25 mm größer als der Kugeldurchmesser sein· Dadurch bleibt der Spielraum auf einem praktischen Miminum,. während eine Berührung zwischen der Kugel 15 und dem Kolbenkörper 12 vermieden wird. Bei manchen Anwendungsfällen kann der Einsatz 16 jedoch kurz vor der Kugelmittelebene (wie in Fig, 1) aufhören oder weiter zur Kolbenstirnfläche hin ausgedehnt sein«

Ein weiterer Vorteil der dargestellten Ausführungsbeispiele liegt darin, daß die Wandung des Kolbenkörpers 12 die Kugel 15 umgibt und vom Rand der Lagerfläche 13 über

- 20 509817 Π 05 1

die Mittelebene der Kugel 15 zur Leitprofilbahn 18 hinausragt. Bei manchen bekannten Anordnungen mit rollenförmigen Kraftübertragungselementen hört der Kolbenkörper vor der *■*■» Mittelebene des KraftÜbertragungselements auf, weshalb der Kolben und das Kraftübertragungselement zum Verkanten ngigt, wenn das Kraftübertragungselement über Totpunkte der Leit— profilbahn hinwegläuft. Wenn der Kolben, dessen Kante sich hinterhalb der Mittelebene des Kraftübertragungselements befindet, sich verkantet, versucht er in die Zylinderwandung einzudringen. Es ist einzusehen, daß, wenn sich die Wandung des Kolbenkörpers über die Mittelebene der Kugel hinaus erstreckt, wie es bei den dargestellten Ausführungsformen der Fall ist, die Kanten des Kolbenkörpers einen größeren Abstand von der Achse einer möglichen Verkantungsbewegung haben, so daß die Neigung dieser Kanten zum Eindringen in die Zylinderwandung geringer ist,

- 21 -

5098177105 1

Claims

Patentansprüche

J Kolben mit einseitig angeordneter Lagerfläche zur Aufnahme eines Kraftübertragungselements, wobei der Kalbenkörper einen Einsatz aus reibungsarmem Material enthält, der in der genannten Lagerfläche zu einer Lagerschale für das Kraftübertragungselement geformt ist, und wobei Vorrichtungen zur sicheren Befestigung des Einsatzea im Kolbenkörper vorhanden sind, nach Patent ··*······ (Patentanmeldung amtliches Aktenzeichen P 22 15 315.7), dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Kolbenkörper (12) zusammenwirkendes, als gesondertes Bauteil ausgebildetes Halteelement (25) das als Kugel ausgebildete Kraftübertragungselement (15) im Kolbenkörper zurückhält,

2« Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (25) ein Federelement ist, welches durch seine radial nach außen gerichtete Federkraft im Kolbenkörper (12) fixiert ist,

3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- 22 -

509817/105 1

daß das Halteelement (25) ein Federring ist.

*», Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkörper (12) die Kugel (15) mit einem sich von seiner Lagerfläche (13) bis über die Mittelebene' der Kugel hinaus erstreckenden Wandungsbereich umschließt,

5, Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (25) in dem genannten Wandungsbereich des Kolbenkörpers (12) zwischen der offenen Stirnseite des Kolbenkörpers und der Mittelebene der Kugel (15) angeordnet ist.

6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (25) in einer an der Innenfläche des genannten Kolbenkörperwandungsbereiches gebildeten Umfangsnut (24) sitzt, ."'■■■

7,·Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkörper (12) einen entlang des Randes seiner Lagerfläche (13) verlaufenden ununterbrochenen, radial einwärts zur Kugel (15) hin vorspringenden

- 23 - "

SD9817M0&-1

Bund (23) besitzt, dessen Form und Dicke so gewählt sind, daß ein Fließen des Kunststoffes des Einsatzes (16) infolge der von der als Kraftübertragungselement dienenden Kugel auf den Einsatz wirkenden Druckkraft verhindert wird,

8, Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine sich von der Lagerschalenfläche (21) des Einsatzes (16) bis zu der dem Arbeitsmittel zugewandten Stirnfläche (19) des Kolbenkörpers (12) erstreckende Bohrung (20), welche den Zutritt von Arbeitsmittel zur Lagerschalenfläche zwecks Bildung einer hydrostatischen Lagerung für die Kugel (15) gestattet.

9, Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschalenfläche (21) so ausgebildet ist, daß im Betrieb hinter der Kugel (15) ein so großer Hohlraum gebildet ist, daß eine die hydrostatische Lagerung für die Kugel darstellende, mit Arbeitsflüssigkeit gefüllte Tasche vorhanden ist*

10, Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschalenfläche (21) so geformt ist, daß die Kugel (15) sie im Betrieb nur innerhalb eines ringstreifen-

sosa1?/tos 1

förmigen Flächenbereiches (21') berührt, der zwischen dem Rand der Lagerschale und deren Grund gelegen ist,

11, Kolben nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschalenfläche (21) die Einhüllende einer Anzahl von Kugelflächen (26, 27, 28) mit verschiedenen Durchmessern und mit entlang der Achse des Einsatzes (16) mit gegenseitigen Abständen befindlichen Mittelpunkten (26¹, 27', 28») ist.

12, Kolben nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschalenflache (21) mindestens teilweise eine elliptische Form besitzt,

13, Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (16) aus Polytetrafluoräthylen, Nylon, oder einem anderen Acetalwerkstoff besteht,

14, Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Lagerschale bildende Einsatz aus reibungsarmem Kunststoff in die an seiner einen Stirnseite eine Lagerflache und einen den Rand dieser Lagerfläche begrenzenden Ring-

- 25 -

509817/1051

bund aufweisenden Kolbenkörper eingesetzt und soweit in die Lagerfläche hineingedrückt wird, bis der Lagerschälenrand des Einsatzes hinter dem Ringbund des Kolbenkörpers einrastet, danach das kugelförmige Kraftübertragungselement in die Lagerschale eingesetzt und das diese Kugel in der Lagerschale zurückhaltende Halteelement in den Kolbenkörper eingesetzt wird,

15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz durch Einführen eines, einen Teil des Einsatzes bildenden Schaftes in eine von der Lagerfläche bis zu der dem Arbeitsmittel zugewandten Stirnfläche des Kolbenkörpers verlaufende Bohrung eingesetzt wird, und daß danach der nach dem Einsetzen über die dem Arbeitsmittel zugewandte Stirnfläche des Kolbenkörpers hinausragende Teil des Schaftes, der eine von seiner Lager schalenfläche aus axial bis in den überstehenden Teil verlaufenden Kanal enthält, abgeschnitten wird.

- 26 -

509817/105j