DE3602651C2 - Hohlkolben für eine Axialkolbenmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlkolben für eine hydrostatische Pumpe oder einen hydrostatischen Motor, vorzugsweise für eine Axialkolbenmaschine in Schräg­ scheibenbauform, wobei der Kolben an einem Ende einen Kugelkopf aufweist und eine diesem benachbarte Endplatte, gegen die der Kugelkopf abgestützt ist, und einen von der Endplatte ausgehenden zylindrischen Kolbenmantel an einer Kolbenmantelwand aufweist, die einen hohlzylindrischen, achsparallelen Hohlraum umschließt, wobei der Kolben einen den Hohlraum abschließenden, die Kolbenstirnfläche oder zumindest einen Teil der Kolbenstirnfläche bildenden Deckel aufweist, wobei ein Flüssigkeits­ führungskanal in Form einer oder mehrerer miteinander verbundener Bohrungen vor­ gesehen ist, der einerseits in der Kolbenstirnfläche, andererseits im Kugelkopf mündet und der im Kolbenmantel angeordnet ist. Ein solcher Hohlkolben ist aus der US 3 882 762 bekannt und dient dazu, Druckmittel aus dem Druckraum vor der Kolben­ stirnfläche durch den Kugelkopf, der Teil eines Kugelgelenkes ist, dessen anderer Teil an einem Gleitschuh befestigt ist, in den Druckpolsterraum eines solchen Gleitschuhes zu leiten. Der Flüssigkeitsführungskanal ist hierbei in einer rippenförmigen Verdickung des Kolbenmantels angeordnet, die beim Gießen des Kolbens am Kolbenmantel angegossen wird. Bei anderen Herstellungsverfahren bereitet das Vorsehen einer solchen Rippe erhebliche Schwierigkeiten.

Bei anderen bekannten Maschinen dieser Art ist der Flüssigkeitsführungskanal in einer Zentralsäule koaxial zum Kolben angeordnet (DE 23 64 725 A1; DE 26 47 138 A1). Eine solche Anordnung ermöglicht ein einfaches Herstellen der geradlinig durch­ gehenden Bohrung für den Flüssigkeitsführungskanal, bereitet aber Schwierigkeiten in bezug auf die Verbindung der Zentralsäule mit dem Deckel. Wird der Deckel durch Reibschweißen aufgebracht, so ist die Relativgeschwindigkeit an der Zentralsäule infolge des kleinen Radius wesentlich kleiner als am Kolbenumfang und werden relativ große Kräfte auf die Zentralsäule ausgeübt mit der Gefahr, daß die Zentralsäule zur Seite weggedrückt wird. Eine Verbindung in anderer Art ist nur dann möglich, wenn die Zentralsäule durch den Deckel hindurchragt, so daß die Naht zwischen Zentralsäule und Deckel von außen zugänglich ist. Solange die Verbindung zwischen Zentralsäule und Kolbendeckel unsichtbar im Inneren des Kolbens liegt, geht von der Verbindungs­ naht ein Sicherheitsrisiko aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leicht mängelfrei herstellbaren und in bezug auf Herstellmängel gut kontrollierbaren Hohlkolben herzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Hohlraum achsparallel zur Kolbenachse versetzt und der Flüssigkeitsführungskanal im Bereich der größten Wandstärke der Kolbenmantelwand angeordnet ist. Das Gesamtgewicht des Hohlkolbens kann infolgedessen sehr klein gehalten werden, da die Wandstärke der Kolbenmantelwand nur in dem Bereich, in dem der Flüssigkeitsführungskanal angeordnet ist, derart bemessen sein muß, daß sie dem darin anstehenden Druck stand hält. Darüber hinaus ist ein solcher Art gestalteter Hohlkolben leicht herstellbar.

Der Deckel kann die ganze Kolbenstirnfläche überdecken oder es kann vorgesehen sein, daß der Kolbendeckel nur den Hohlraum überdeckt, während die übrige Kolben­ stirnwand von der Kolbenmantelwand stirnseitig gebildet ist.

Verschiedene zweckmäßige Verfahren zur Herstellung derartiger Hohlkolben sind in den Ansprüchen 4 bis 7 angegeben.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 zeigt einen Kolben mit über den Umfang unterschiedlich verteilter Wandstärke.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Kolben gemäß der Schnittlinie IV/IV in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Kolben mit nur den Hohlraum überdeckenden Deckel und ungleichmäßiger, über den Umfang verteilte Wandstärke.

Fig. 4. zeigt einen Schnitt gemäß der Schnittlinie VIII/VIII in Fig. 3.

Der Hohlkolben gemäß den Fig. 1 und 2 weist eine Kolbenmantelwand 11 auf, die gegen eine Endplatte 12 gesetzt ist, an die ein Kugelkopf 13 angearbeitet ist. Im Inneren der Kolbenmantelwand 11 ist ein Hohlraum 15 gebildet, der konzentrisch zu der Mittellinie 27 ist. Vor die Kolbenmantelwand 11 ist der Kolbendeckel 16 gesetzt und zwar durch Reibschweißen mit dem Kolbenmantel 11 verbunden. Die Außenkontur 14 der Kolbenmantelwand ist kreiszylindrisch koaxial zur Achse 28, die um das Maß e gegenüber der Mittellinie 27 des Hohlraumes 15 versetzt ist. Das hat die Folge, daß die Wandstärke des Kolbenmantels 11 unterschiedlich ist, wobei im Bereich der größten Wandstärke die Bohrung 17 angeordnet ist, in die eine abgesetzte Bohrung 18 einmündet, die andererseits im Kugelkopf 13 mündet. Strichpunktiert ist mit 20 die Kontur des Rohlings eingezeichnet, aus dem der Hohlkolben gefertigt wird, wobei dieser Rohling konzentrisch zur Mittellinie 27 ist, also konzentrisch um den Hohlraum 15 herum gebildet ist. Nachdem die Bohrung 17 eingebracht ist, wird die Außenkontur 14 derart fein bearbeitet, daß diese konzentrisch zur Achse 28 verläuft.

In den Fig. 3 und 4 ist der Hohlraum 45 exzentrisch angeordnet. Die Wandstärke der Kolbenmantelwand 41 ist somit über den Umfang verteilt unterschiedlich. Die Innenwand des Hohlraumes 45 ist konzentrisch zu der Achse 43, während die Außenkontur des Hohlkolbens konzentrisch zu der Achse 44 ist. Dadurch ist die Wandstärke der Kolbenmantelwand 41 auf den Umfang ungleichmäßig verteilt und im Bereich der größten Kolbenwandstärke ist die Bohrung 47 vorgesehen, in die die Bohrung 48 einmündet, die wiederum den Kugelkopf 43 und die Endplatte 42 durchdringt. Der Hohlraum 45 ist wiederum durch einen Deckel 46 abgeschlossen, der durch Elektronenschweißen oder Laserstrahlschweißen mit der Kolbenmantelwand 41 verbunden ist. Bei der Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 1 und 2 und bei der Ausgestaltungsform gemäß den Fig. 3 und 4 wird der Schwerpunkt außerhalb der Achse der Kolbenkontur liegen, so daß bei hohen Drehzahlen einer Axialkolben­ maschine, in die die Kolben eingesetzt sind, die Seiten der Kolben, in denen jeweils der Kanal 47 angeordnet ist, unter der Wirkung der Fliehkraft nach außen wandern.

Bei allen Hohlkolben ist der innere Hohlraum durchgehend frei, d. h. es ist keine Zentral­ säule vorgesehen, so daß das Herstellen durch einen Bohrvorgang wesentlich einfacher ist, als dann, wenn eine Zentralsäule verbleiben muß. Durch den Fortfall der Zentralsäule ist auch das Verbinden des Deckels mit der Kolbenmantelwand wesentlich einfacher.

Claims (7)

1. Hohlkolben für ein hydrostatisches Triebwerk mit an einem Ende einem Kugelkopf und einer diesem benachbarten Endplatte und einer von der Endplatte ausgehenden zylindrischen Kolbenmantelwand, die einen hohlzylindrischen Hohlraum umschließt, und mit einem den Hohlraum abschließenden, die Kolben­ stirnfläche oder zumindest einen Teil derselben bildenden Deckel und mit einem Flüssigkeitsführungskanal, der einerseits in der Kolbenstirnfläche, andererseits im Kugelkopf mündet und der im Kolbenmantel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (15, 45) achsparallel zur Kolbenachse versetzt und der Flüssigkeitsführungskanal (17, 47) im Bereich der größten Wand­ stärke der Kolbenmantelwand (11, 41) angeordnet ist.

2. Hohlkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (16) die ganze Kolbenstirnfläche überdeckt.

3. Hohlkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (46) nur den Hohlraum überdeckt und in einem Teil der Kolbenmantelwand (41) eintaucht.

4. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens für ein hydrostatisches Triebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolbenrohling mit Übermaß (20) und fertigem Hohlraum (15) gefertigt wird, sodann ein Deckel (16) befestigt wird, sodann ein Flüssigkeitsführungskanal (17, 18) gebohrt wird und sodann die Kolbenaußenfläche (21) und ein Kugelkopf (13) derart fertig bearbeitet werden, daß der Hohlraum (15) achsparallel zur Kolbenachse versetzt und der Flüssigkeitsführungskanal (17) im Bereich der größten Wandstärke der Kolbenmantelwand (11) angeordnet ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens für ein hydrostatisches Triebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolbenrohling mit Übermaß (20) und fertigem Hohlraum (15) gefertigt wird, sodann ein Deckel (16) befestigt wird, und sodann die Kolbenaußenfläche und ein Kugelkopf (13) derart fertig bearbeitet werden, daß der Hohlraum (15) achsparallel zur Kolbenachse (28) versetzt ist und sodann ein Flüssigkeitsführungskanal im Bereich der größten Wandstärke der Kolbenmantel­ wand gebohrt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (16) durch Reibschweißen befestigt wird.

7. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (46) mittels Elektronenstrahl oder Laserstrahl angeschweißt wird.