DE2812417A1 - Zylindertrommel fuer eine hydrostatische kolbenmaschine und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Zylindertrommel fuer eine hydrostatische kolbenmaschine und verfahren zu deren herstellung

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DE2812417A1 DE19782812417 DE2812417A DE2812417A1 DE 2812417 A1 DE2812417 A1 DE 2812417A1 DE 19782812417 DE19782812417 DE 19782812417 DE 2812417 A DE2812417 A DE 2812417A DE 2812417 A1 DE2812417 A1 DE 2812417A1
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Description

Zylindertrommel für eine hydrostatische Kolbenmaschine und Verfahren zu deren Herstellung.
Die Erfindung betrifft eine Zylindertrommel für eine hydrostatische Kolbenmaschine, vorzugsweise eine Axialkolbenmaschine, die an der Steuerfläche mit einer Bronzeschicht versehen ist.
Bei den üblichen Axialkolbenmaschinen besteht die Zylindertrommel aus Stahl und ist die Bronzeschicht an der Steuerfläche aufgegossen. Da nicht nur an der Steuerfläche eine gleitfähige Schicht benötigt wird sondern auch für die Laufflächen der Kolben im Zylinder wird bei den üblichen Axialkolbenmaschinen in jede Zylinderbohrung eine Laufbuchse aus
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Bronze eingesetzt. Die Bohrung in der Zylindertrommel hat also einen entsprechend der Wandstärke der Bronzebüchse größeren Durchmesser als der Kolben. Ist eine Zylindertrommel geschaffen, bei der keine Bronzebüchse erforderlich ist, so kann dadurch bei gleicher Zylindertromme!größe und gleicher Bohrungsgröße in der Zylindertrommel der Kolben und damit das Hubvolumen größer werden oder kann bei gleicher Kolbengröße die Wandstärke zwischen den Zylindern untereinander und den Zylindern und der Außenwand der Zylindertrommel und damit die Festigkeit gegen Druck größer
durch werden. Zudem entfällt der Vorgang, den die Bronzebüchse in die Zylindertrommel eingebracht wird und es entfällt die Gefahr, daß durch ein Verengen der Bronzebüchsen nach innen bei Temperaturerhöhung im Betrieb die Kolben klemmen.
Es ist allerdings schon eine Zylindertrommel für Axialkolbenmaschinen bekannt, die aus Stahl oder Sphäroguß besteht, wobei die mit einem gehärteten Stahlkolben zusammenwirkenden Laufflächen der Zylinderbohrungen badnitriert sind und die Steuerfläche durch eine in bekannter Weise aufgegossene Schicht aus Bronze (DE-OS 1 965 769).besteht. Durch das Aufgießen der Bronzeschicht werden an das Zylindertrommelmaterial bestimmte Anforderungen gestellt, die die Auswahlmöglichkeiten ,stark beschränken. Es kann nur ein niedrig legierter Stahl- oder Sphäroguß verwendet werden und damit
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sind die Möglichkelten für die weiterführende Wärmebehandlung praktisch auf badnitrieren beschränkt. Mit diesen Werkstoffpaarungen lassen sich keine befriedigenden Dauerstandsfestigkeiten erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dauerfeste Zylindertrommel zu schaffen, wobei für die Auswahl des Zylindertrommelwerkstoffes und der Wärmebehandlung für diese eine größere Freiheit besteht und eine hohe Beanspruchbarkeit erzielt wird.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit einer Zy-
dalindertrommel aus nitriertem Stahl wird die Aufgabe durch gelöst, daß die Zylindertrommel gasnitriert ist und daß die Bronzeschicht eine Sinterschicht ist, die durch ein Heißsinterverfahren durch Aufsintern auf die zuvor galvanisch mit einer Zwischenschicht mit geeignetem Kristallgitter, also einer sowohl zur Bronze als auch zum Zylindertrommelwerkstoff passenden Gitterkonstanten versehen^ beispielsweise vernickelte oder vorzugsweise verkupferte Stirnfläche der Zylindertrommel gebildet wird, wobei das Sintern unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Erhitzung auf Sintertemperatur erfolgt. Die Anwendung eines solchen Heißpreßsinterverfahrens zum Erzeugen der Gleitmetallschicht an der Stirnfläche einer Zylindertrommel ist ansich bekannt (DE-OS 24 J)I 25^). Dabei war davon ausgegangen worden, daß die normalen Stahlzylindertrommeln für dieses Verfahren verwendet werden müssen, bei denen zum Erzeugen einer Lauffläche für die Kolben in jede Zylinderbohrung eine Bronzebüchse eingebracht wird. Es war nicht erkannt worden, daß
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dieses Aufsintern ermöglicht, nach dem Aufsintern die
mit
Zylindertrommel Gas zu nitrieren,ohne daß die Sinterbronze-
shhicht dabei in Mitleidenschaft gezogen wird.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ist einerseits eine größere Unabhängigkeit vom Grundwerkstoff der Zylindertrommel gegeben. Die Verwendung von höher legierten und vergüteten Werkstoffen ist bei Aufgießen von Bronze schwer möglich während für die Zylindertrommel gemäß der Erfindung in der Werkstoffauswahl für die Zylindertrommel viele Möglichkeiten offen stehen. Durch das Gasnitrieren bei relativ niedrigen Temperaturen wird nicht nur die durch Sintern aufgebrachte Bronzeschicht nicht beschädigt sondern es entstehen auch keine großen Maßänderungen in der Zylindertrommel selbst. Der Stahlkörper kann einer Wärmebehandlung, zum Beispiel einem thermo^chemischen Diffusionsverfahren bzw. Gasnitrieren unterzogen werden mit Härtesteigerungen bis zu 1000 HV (Vickers-Härte) und einer Härtetiefe von etwa 0,4 mm und ggfs. höher. Ferner besteht Wahlmöglichkeit bezüglich der Werkstoffpaarung an der Lauffläche Kolben - Zylinder. Es kann ein Bronzekolben in der Stahlbohrung laufen, aber es ist auch möglich, eine Paarung hart auf hart zu verwenden;das heißt gehärtete Stahlkolben in der gasnitrierten Zylinderbohrung laufen zu lassen.
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Die weitgehende Unabhängigkeit vom Grundwerkstoff der Zylindertrommel ermöglicht eine andere Lösung der Aufgabe, wobei gemäß der Erfindung die Zylindertrommel aus Leichtmetall, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung besteht, und eloxiert (das heißt in dem als Eloxierverfahren bezeichneten.Verfahren elektrisch e-xydiert) ist, wobei die Bronzeschicht eine Sinterschicht ist, die durch Aufsintern auf die vorzugsweise zuvor galvanisch mit einer Zwi-
e schenschicht mit geeigneten Kristallgitter versehen, insbesondere verkupferte Fläche der Zylindertrommel erzeugt ist, wobei das Sintern unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Erhitzung auf Sintertemperatur erfolgt. Dabei können die Kolben unmittelbar in den eloxierten Innenflächen der Zylinderbohrungen laufen. Allerdings ist auch möglich, daß zur Erhöhung der Festigkeit und bzw. oder Verbesserung der Laufeigenschaften Buchsen eingesetzt sein können, zum Beispiel Buchsen aus gasnitriertem Stahl oder aus Stahl mit einer dünnen Innenschicht aus Gleitmetall oder aus hochfester Bronze. Zur Erhöhung der Festigkeit kann eine solche Leichtmetallzylindertrommel an ihrem äußeren Umfang zumindest auf dem der Steuerfläche benachbarten Teil ihrer Länge mit einer Ummantelung versehen sein,, beispielsweise aus Stahl.
Eine wesentliche Weiterausgestaltung, die einen x^esentlichen Fortschritt erbringt, ist dadurch gegeben, daß die guten Laufeigenschaften der gehärteten (bei Stahl) bzw. eloxierten (bei
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Leichtmetall) Innenflächen der Zylinderbohrungen auch die Anwendung der Zylindertrommel bei Axialkolbenmaschinen ermöglichen, bei denen jeder Kolben über eine Kolbenstange gegen einen Triebflansch abgestützt ist und die Kolbanstange mit einem Teil unmittelbar gegen die Innenwand der Zylinderbohrung a7 zum Anliegen kommt, um die Drehbewegung auf die Zylindertrommel zu übertragen. In diesem Falle läuft bei einer Stahlzylindertrommel der Kolben unmittelbar auf dem Zylindertrommelwerkstoff und die Kolbenstange kommt unmittelbar gegen diesen zum Anliegen. Vorzugsweise gilt das gleiche für eine Leichtmetallzylindertrommel. Sind jedoch bei einer solchen Buchsen in die einzelnen Zylindeijeingezogen, können diese eine/ derartige Länge aufweisen, daß sowohl der Kolben in der Buchse gleitet als auch die Kolbenstange anliegt oder nur der Kolben in der Buchse gleitet und die Kolbenstange gegen den Zylindertrommelwerkstoff anliegt oder der Kolben im Zylindertrommelwerkstoff gleitet und die Kolbenstange gegen eine hochfeste Buchse anliegt, Axialkolbenmaschinen mit derartiger sogenannter unmittel-
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barer Kofenstangenmitnahme sind ebenfalls ansich bereits bekannt (FR-PS 73 29 921). Jedoch war für den Fachmann nicht naheliegendj diese Kolbenstangenmitnahme bei einer gasnitrierten Zylindertrommel anzuwenden, bei der die Gleitmetallschicht an der Steuerfläche durch Heißsintern aufgebracht ist.
Schließlich fcezieht sich die Erfindung auch noch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Zylindertrommel der vorstehend beschriebenen Art.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Zylindertrommel gemäß der Erfindung dargestellt. Die Zylindertrommel 1 besteht aus Stahl- In der Zylindertrommel sind am Umfang gleichmäßig verteilt mehrere Zylinderbohrungen 2 vorgesehen, wobei vorzugsweise eine ungerade Anzahl von Zylinderbohrungen vorgesehen sind. Der Schnitt ist jedoch derart durch die Zylindertrommel 1 gelegt, daß die Schnittfläche durch die Achsen von zwei Zylindertrommeln 2 geht. Koaxial zur Achse der Zylindertrommel is t eine Zentralbohrung 5 vorgesehen, die zur Aufnahme eines Führungszapfens dient. Auf die Stirnfläche der Zylindertrommel 1 ist eine Sinterbronzeschicht K aufgebracht. Jede Zylinderbohrung 2 ist mit einem Mündungskanal· 5 versehen, der in der Stirnfläche mündet. Die gesamte
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Oberfläche der Zylindertrommel 1 einschließlich der Flächen der Bohrungen 2 und j5 ist gasnitriert.
Eine Zylindertrommel aus Leichtmetall hat ein geringeres Trägheitsmoment um die Drehachse als eine Stahlzylindertromrael gleicher Abmessungen. Das hat die Folge, daß bei Änderungen der Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung die für die Mitnahme der Zylindertrommel erforderlichen Kräfte geringer sind.
Eine Zylindertrommel, in der die Kolben unmittelbar im Zylindertrommelwerkstoff laufen, in der also in die Zylinderbohrungen keine Buchsen aus Bronze oder anderem Werkstoff eingesetzt sind, hat, wie eingangs erwähnt, gegenüber einer Zylindertrommel mit solchen Buchsen den Vorteil, daß bei gleichen Außenabmessungen und damit zumindest annähernd gleichem Trägheitsmoment der Kolbendurchmesser um einen annähernd der doppelten Wandstärke der Buchse entsprechenden Betrag größer sein kann oder bei
gleichen Kolbendurchmesser der Außendurchmesser der Zylindertrommel und damit das Trägheitsmoment entsprechend kleiner sein kann. Besonders vorteilhaft ist die Zylindertrommel aus ganitriertem Stahl gemäß der Erfindung und dieses wiederum insbesondere bei einer Triebflanschaxialkolbenmaschine, bei der die Kolben-
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stange zwecks Übertragung der Mitnahmekräfte unmittelbar in der
Zylinderbohrung anliegen - unabhängig davon, ob in üblicher
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Weise die Zylinderbohrung eine gerade durchgehende Bohrung ist oder der für das Anliegen der Kolbenstange vorgesehene Teil abgesetzt ist.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    Zylindertrommel für eine hydrostatische Kolbenmaschine, vorzugsweise Axialkolbenmaschine, wobei die Zylindertrommel aus nitriertem Stahl besteht und an der Steuerfläche mit einer Bronzeschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindertrommel (1) gasnitriert ist und daß die Bronzeschicht (4) eine Sinterschicht ist, die durch Aufsintern auf die zuvor galvanisch mit einer Zwischenschicht mit geeignetem Kristallgitter versehene,insbesondere verkupferte Stirnfläche der Zylindertrommel aufgebracht ist, wobei das Sintern unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Erhitzung auf Sintertemperatur erfolgt.
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    2.) Zylindertrommel für eine hydrostatische Kolbenmaschine, vorzugsweise Axialkolbenmaschine, die an der Steuerfläche mit einer Bronzeschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindertrommel aus Leichtmetall, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung, besteht und eloxiert ist und daß die Bronzeschicht eine Sinterschich-t ist, die durch Aufsintern auf die vorzugsweise zuvor galvanisch mit einer Zwischenschicht mit geeigneten-Kristallgitter versehene, insbesondere verkupferte Stirnfläche der Zylindertrommel erzeugt ist, wobei das Sintern unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Erhitzung auf Sintertemperatur erfolgt.
    Axialkolbenmaschine, deren Kolben über je eine Kolbenstange gegen einen Triebflansch abgestützt sind, mit einer Zylinder trommel gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen mit einem Teil unmittelbar gegen die Innenwand der Zylinderbohrungen (2) zum Anliegen kommen.
    Verfahren zum Herstellen einer Zylindertrommel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindertrommel bearbeitet wird, Vorzugspreise dann die Stirnfläche der Zylindertrommel galvanisch mit einer Zwischenschicht mit geeigneten Verstellgitter versehen, insbesondere verkupfert
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    wird und daß sodann die Bronzeschicht durch Sintern unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Erhitzung auf Sintertemperatur auf die Stirnfläche aufgebracht wird und daß sodann anschließend die Zylindertrommel (1) nitriert, vorzugsweise bei niedriger Temperatur nitriert, insbesondere gasnitriert wird.
    5.) Verfahren zum Herstellen einer Zylindertrommel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindertrommel bearbeitet wird, vorzugsweise dann die Stirnfläche der Zylindertrommel galvanisch mit einer Zwischenschicht mit geeignetem Verstellgiter versehen, insbesondere verkupfert wird und sodann die Bronzeschicht durch Sintern unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Erhitzung auf Sintertemperatur auf die Stirnfläche aufgebracht wird und daß sodann anschließend die Zylindertrommel (l) eloxiert wird.
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