DE3609892A1

DE3609892A1 - Hohlkolben fuer eine hydrostatische kolbenmaschine und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3609892A1
Application number: DE19863609892
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl.-Ing. 8750 Aschaffenburg Fritz; Fred 6982 Freudenberg Hartmann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1986-10-09

Description

Hohl kolben für eine hydrostatische Kolbenmaschine und Ver-
fahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft einen Hohl kolben gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 und betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlkolbens.
Es ist bekannt, die Kolben für eine hydrostatische Maschine zwecks Verringerung der zu beschleunigenden Masse hohl auszugestalten. Es ist weiterhin bekannt, den Hohlraum des Kolbens möglichst weitgehend zu verschließen, um das beim Verdichtungsvorgang zu komprimierende Totvolumen möglichst klein zu halten, weil eine solche Kompression und Expansion den Wirkungsgrad verschlechtert. Es ist auch bereits ein Hohl kolben bekannt, bei dem Kugelkopf, Endplatte und Kolbenmantel ajs einem Werkstück bestehen und Stirnflächendeckel und Zentral säule aus einem zweiten Werkstück bestehen, wobei diese beiden Werkstücke miteinander verbunden sind (DE-OS 26 53 867). Bei diesen Kolben werden Zentralsäule und Stirnplattendeckel aus einem stangenförmigen Rohling hergestellt, in dem das Material um die Zentral säule herum durch Zerspanen abgetragen wird und anschließend die Zentralbohrung durch einen Bohrvorgang eingebracht wird. Diese Zerspanungsvorgänge sind sehr aufwendig, bedingen einen hohen Materialeinsatz, großen Werkzeugaufwand und lange Bearbeitungszeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hohlkolben zu schaffen, der mit geringerem Bearbeitungsaufwand und damit kostengünstiger hergestellt werden kann.
Die Lösung zu dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, zur Herstellung der Zentralsäule ein als Rohrmaterial angeliefertes fertiges Rohr zu verwenden und plastisch zu verformen.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausgestaltungsform, bei der das Rohrmaterial durch einen Aufbördel- bzw. Abwälzverformungsvorgang trichterförmig derart aufgeweitet wird, daß der Rand der trichterförmigen Erweiterung mit dem Kolbenmantel verbunden werden kann und somit die trichterförmige Erweiterung unmittelbar die Stirnfläche bildet.
Durch diese Trichterform ist dieses Teil hinreichend stabil gegenüber den auf diese Flächen einwirkenden Druckkräften und auch das Zentralrohr ist infolge des geringen Innendurchmessers und der damit trotz des hohen Druckes relativ geringen Kräfte hinreichend stabil.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn dieses Rohr mit der die Stirnflächenplatie bildenden Erweiterung durch Hartlöten mit dem den Kugelkopf, die Endplatte und den Kolbenmantel bildenden Werkstück verbunden ist. Dabei kann gesichert werden, daß der die Zentralsäule umgebende -Hohlraum leer bleibt.
Um den Aufwand für die Erhitzung des Werkstückes zum Zwecke des Lötens zu vermeiden, ist es denkbar, eine Verbindung zwischen dem Zentral säu-l e-Sti rnfl ächendeckel -Werkstück und dem Kugel kopf-Endpl atte-Kol benmantel -Werkstück durch Umbördeln des Kolbenmantelendes um den Rand der trichterförmigen Erweiterung herzustellen. Da es bei einer solchen Ausgestaltungsform nicht möglich sein wird, die Verbindung zwischen Zentralsäulenrohr und Bohrung in der Endplatte flüssigkeitsdicht zu gestalten, wird man zulassen müssen, daß sich der Hohlraum zwischen Kolbenmantel und Zentral säule mit Arbeitsflüssigkeit füllt.
Ein Komprimieren dieser Arbeitsflüssigkeit wird dann immer noch vermieden, weil an der genannten Verbindung zwischen Zentral säule und Bohrung in der Endplatte in dem Spalt eine so starke Drosselung auftritt, daß eine Druckerhöhung in dem Rohr sich zumindest nicht wesentlich, bis in den genannten Hohlraum hinein auswirkt. Immerhin wird die Möglichkeit zu beachten ein, daß beim Abkühlen nach beendeter Arbeit der hydrostatischen Maschine sich das Öl in dem genannten Hohlraum zusammenzieht und wenn dann nichtder ganze Kolben unter dem Arbeitsflüssigkeitsspiegel liegt, Luft in den Hohlraum gesaugt wird mit der Folge, daß die einzelnen Kolben der Maschine ungleich schwer werden, Solche Schwierigkeiten können jedoch beherrscht werden.
Bei einer anderen Ausgestaltungsform ist der Stirnflächendeckel als ein selbständiges Werkstück gebildet, welches außen kegelig ist und in einem entsprechenden Innenkegel des Kolbenmnntels eingepaßt ist, wobei dieser Stirnflächendeckel eine Zentralbohrung aufweist, die ihrerseits einen Absatz aufweist und wobei die Zentra-lbohrung im Kugelkopf eine Absatz(Schulter) aufweist und wobei das Zentralsäulenrohr gegen diese beiden Absätze vernietet ist.
Zweckmäßige Ausgestaltungsformen für Hohlkolben gemäß der Erfindung sind in den Patentansprüchen 1 bis 3 angegeben. Zweckmäßige Verfahren zur Herstellung derartiger Kolben sind in den Ansprüchen 4 bis 9 angegeben.
Das Wesentliche an der Erfindung ist also, daß das Herstellen der langen Zentralbohrung durch Einbringen einer Bohrung in ein Werkstück erspart wird, indem als Zentralsäule ein fertiges Rohr verwendet wird, welches an dem kugelkopfseitigen Ende des Kolbens in eine Bohrung der Endplatte eingefügt und mit dieser verbunden wird und an seinem der Kolbenstirnfläche zugeordneten Ende entweder unmittelbar aus einem Werkstück bestehend zu einem Stirnflächendeckel umgeformt wird, beispielsweise durch einen Aufroll-(Aufbördel)-Vorgang oder durch Anstauchen, wobei das Anstauchen zweckmäßigerweise über einem Dorn erfolgt, damit die Mittelöffnung erhalten bleibt. Das Bearbeiten und Verarbeiten eines solchen Rohres ist immer wesentlich günstiger als das Bohren einer Zentralbohrung Das Verbinden kann seinerseits durch plastische Verformung erfolgen oder vorzugsweise durch Löten, insbesondere durch Hartlöten. Die als Zentralbohrung bezeichnete zentrale durchgehende Durchbrechung dient dazu, von dem Druckraum vor der Kolbenstirnseite her einen am Kugelkopf angelenkten Gleitschuh mit Druckmittel zu versorgen. Rohrmaterial, das seinerseits in an sich bekannter Weise durch Ziehen oder Walzen hergestellt ist, ist wesentlich billiger als das Einbringen einer Bohrung entsprechender Länge.
Bei allen Kolben gemäß der Erfindung bestehen Kugelkopf, Endplatte und Kolbenmantel aus einem Werkstück, wobei gegebenenfalls auch dieses aus einem plastisch verformten Rohr hergestellt werden kann, beispielsweise dadurch, daß ein Rohr mit dem Außendurchmesser des Kolbens entsprechendem Durchmesser durch plastisches Verformen zu einer Endplatte mit Kugelkopf umgeformt wird. Ein solcher Kolben kann aber auch durch Ziehen, Gesenkschmieden oder spanabhebende Bearbeitung aus einem Massivrohling hergestellt werden, wobei die jeweilige Bearbeitungsform von der Stückzahl, den zur Verfügung stehenden Fertigungseinrichtungen, den Abmessungen des Kolbens und dem Druckniveau, mit dem die Axi al kol benmaschi ne beaufschlagt wird, abhängig sein wird.
Ausgehend von dieser Grundform ergeben sich gemäß der Erfindung zwei Ausgestaltungsmöglichkeiten, nämlich entweder bestehen Zentralsäule und Stirnflächenteil ebenfalls aus einem Werkstück, welches durch plastisches Verformen an einem Ende zu einem Stirnflächenteil umgeformt ist, oder die Zentral säule besteht aus dem gemäß der Erfindung zu verwendenden Rohr und ist mit einer aus einem getrennten Werkstück bestehenden Stirnflächendeckel, der sei nersci ts eine entsprechende Zentralbohrung aufweist, verbunden.
Das Verbinden zwischen den beiden bzw. drei Werkstücken kann in allen Fällen entweder durch Löten, vorzugsweise Hartlöten oder durch plastisches Verformen erfolgen.
Bei Herstellung aus einem Zentralsäulenrohr und einer getrennten Stirnflächendeckelplatte kann das Zentralsäulenrohr durch plastische Verformung nach Art eines Vernietens oder durch Aufbördeln in eine entsprechende Erweiterung der Zentralbohrung des Stirnflächendeckels hinein mit der Stirnflächendecke'.platte verbunden werder.
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele von Kolben gemäß der Erfindung jeweils bis zur Längsachse radial geschnitten dargestellt.
Figur 1 zeigt eine Ausgestaltungsform mit trichterförmig erweitertem Zentralsäulenrohr.
Figur 2 zeigt ebenfalls eine Ausgestaltungsform mit erweitertem Zentralsäulenrohr, aber einer anderen Verbindungsform.
Figur 3 zeigt ein Detail zu Figur 2 in größerem Maßstab.
Figur 4 zeigt einen Koiben mit getrenntem Stirnflächendeckel.
Der Kugelkopf 1, die Endplatte 2 und der Kolbenmantel 3 bestehen aus einem Werkstück. Innerhalb des Kolbenmantels 3 ist eine Bohrung 4 vorgesehen, an die sich eine genauer bearbeitete Bohrung 5 mit kleinerem Durchmesser anschließt, an die sich eine weitere Zentralbohrung 6 anschließt. Die Zentralsäule 7 besteht aus einem Rohr, dessen in der Zeichnung linkes Ende mit seinem Außenumfang in die Bohrung 5 eingepaßt ist und dessen in der Zeichnung rechtes Ende durch einen Aufbördelvorgang zu einem atirnflächenteil 8 erweitert ist, welches mit seinem außenumfang in eine Bohrung 9 hineinragt.
Zwischen aer Bohrung 9 und dem Außenumfang der Stirnflächenplatte 8 ist eine Hartlötverbindung hergestellt. Mit dem gleichen Erhitzungsvorgang wird eine Hartlötverbindung zwischen der Bohrung 5 und dem in der Zeichnung linken Ende des Zentralrohres 7 hergestellt, das heim, beim Einsetzen des Zentralrohres 7 wird Lötmaterial am Außenumfang der Stirnplatte 8 bzw. an der Innenseite der Bohrung 9 aufgebracht und am Außenumfang des linken Endes der Zentral säule 7 und der Bohrung 5 aufgebracht und sodann wird die Zentralsäule 7, 8 in das Werkstück 1, 2, 3 eingesetzt und beide Werkstücke werden gemeinsam erhitzt, bis sich die Lötverbindungen gebildet haben.
Bei dem in Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist einerseits das Werkstück 1 bis 6 im Rohzustand zumindest annähernd das gleiche wie bei der Ausgestaltungsform gemäß Figur 1 und ist andererseits das Werkstück 7,8 das gleiche wie bei der Ausgestaltungsform gemäß Figur 1.
Der Unterschied besteht darin, daß in den Bohrungen 5 und 9 keine Lötverbindung hergestellt wird und das Endteil 10 des Kolbensmantels 3 durch Umbördeln um die Stirnflächenplatte 8 gelegt ist, so daß diese auf diese Weise festgelegt ist.
In Figur 4 ist das Kugelkopf-Endplatte-Kolbenmantel-Werkstück in Bezug auf den in der Zeichnung linken Teil ausgezogen als Rohling gezeichnet und nur strichpunktiert ist die fertig bearbeitete Form des Kugelkopfes 11 dargestellt.
Im übrigen entspricht der Kugelkopf 11 dem Kugelkopf 1, die Endplatte 12 der Endplatte 2 und der Kolbenmantel 13 dem Kolbenmantel 3 und die Innenbohrung 14 der Innenbohrung 4. Die Zentralbohrung 15, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Zentralrohres 17 entspricht, ist in diesem Falle jedoch länger und weist einen Absatz mit einer nach außen weisenden Schulter 27 auf. Der Kolbenmantel 13 weist in seinem in der Zeichnung rechen Teil einen Innenkegel 19 auf, in den eine Stirnplatte 18 mit ihrem Außenkegel 20 eingepreßt ist. Die Stirnplatte 18 weist eine Zentralbohrung 21 mit einer Schulter 22 auf und das Zentralrohr 17 ist an beiden Enden durch Anstauchen vernietet, so daß das in der Zeichnung rechte Ende des Zentralsäulenrohres 17 gegen die Schulter 22 des Stirnflächendeckels 18 anliegt und das in der Zeichnung linke Ende des Zentralsäulenrohres 17 gegen die Schulter 27 anliegt.
Die jeweils aus einem angelieferten Rohr, welches aus entsprechendem Material besteht, gefertigte Zentralsäule 7 bzw. 17 ist in der Herstellung billig. Die Kolben gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel weisen auch im Bereich des Kolbenmantels keine Nahtstelle auf, die schwierig zu bearbeiten wäre oder bei der Bearbeitung infolge einer Anderung der Materialhärtung Schwierigkeit bereiten würde. Zwar ist damit zu rechnen, daß bei der Ausgestaltungsform gemäß Figur 4 das rechte Teil des Kolbenmantels bei Eintreiben des Stirnflächendeckels 18 durch die Kegelform aufgeweitet wird, jedoch kann das ohne weiteres beherrscht werden, indem nach dem Eintreiben des Deckels noch einmal übergeschliffen wird, wobei nur so wenig Material abgehoben wird, daß die Spannung im Kegelbereich nicht nachläßt.

Claims

Patentansprüche 1. Hohlkolben für eine hydrostatische Kolbenmaschine, vorzugsweise eine Axialkolbenmaschine in Schrsgscheibenbauform, mit einem Kugelkopf, einem mit diesem Uber eine Endplatte verbundenen Kolbenmantel, einer Zentral säule und einem Stirnflächendeckel und einer Zentralbohrung, wobei Kolbenmantel, Endplatte und Kugelkopf aus einem mit einer Zentralbohrung versehenen Werkstück bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentral säule (7, 17) aus einem vorgefertigten Rohr besteht.
2. Hohikolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zentral säule (7, 17) bildende Rohr an mindestens einem Ende plastisch verformt ist.
3. Hohl kolben nach Anspruch 2, wobei die Zentralsäule und der Stirnflächendeckel aus einem Werkstück bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zentral säule bildende Rohr an seiner dem Kugelkopf abgewandten Seite trichterförmig aufgeweitet ist, wobei der Rand der trichterförmigen Erweiterung (8) mit dem Kolbenmantel (3) verbunden ist.
4. Hohl kolben nach Anspruch 2, wobei die Zentral säule und der Stirnflächendeckel aus einem Werkstück bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zentralsäule (7) bildende Rohr an seiner dem Kugelkopf (1) abgewandten Seite zu einer plattenartigen Verdickung aufgestaucht ist
5. Hohl kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnflächendeckel eine an ihrem Umfang mit einem in Richtung zum Kugelkopf (11) hin verjüngten Kegel (20) versehene Stirnplatte (18) ist, die eine abgesetzte Zentralbohrung (21) aufweist und daß die Zentralbohrung (15) im Kugelkopf (11) und/oder in der Endplatte einen Absatz (27) aufweist und daß das Zentralsäulenrohr (17) an beiden Enden mit einem plastisch verformten Teil gegen den jeweiligen Absatz (22 bzw. 27) in der Zentralbohrung (21) der Stirnflächenplatte (18 bzw. 22) bzw. der Endplatte des Kugelkopfes (11) anliegt.
6. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kugelkopf (1), die Endplatte (2) und den Kolbenmantel (3) bildende Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt und mit dem Zentralsäulenrohr und der Stirnplatte verbunden wird.
7. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kugelkopf (11), die Endplatte (2) und den Kolbenmantel (3) bildende Werkstück durch spanlose Verformung durch Gesenkschmieden oder Fließpressen oder aus einem Rohr durch Einwalzen hergestellt wird und mit dem Zentralsäulenrohr verbunden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr abgelängt und an mindestens einem Ende zur Verbindung mit dem den Kugelkopf (1 bzw. 11), die Endplatte (2 bzw. 12) und den Kolbenmantel (3 bzw. 13) bildenden Werkstück plastisch verformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) im Kolbenstirnbereich durch Bördeln trichterförmig erweitert wird und in das den Kugelkopf (1), die Endplatte (2) und den Kolbenmantel (3) bildende Werkstück eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr in dem für den Stirnflächendeckel vorgesehenen Bereich durch Anstauchen zu einem Stirnflächendeckel umgeformt wird und in das den Kugelkopf (1), die Endplatte (2) und den Kolbenmantel (3) bildende Werkstück eingesetzt wird und mit diesem verbunden wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) mit dem Werkstück (1, 2, 3) durch Hartlöten verbunden wird.
12. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens nach einem der Ansprüche 6 oder vorzugsweise 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmantel (3) um den Rand der Stirnflächenplatte (8) umgebördelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 6 oder vorzugsweise 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kugelkopf (11), die Endplatte (12) und den Kolbenmantel (13) bildende Werkstück fertig bearbeitet und an seiner dem Kugelkopf (11) abgewandten Seite mit einem Innenkegel (19) versehen wird und daß in diesem Innenkegel (19) eine mit einem Außenkegel (20) versehene Stirnflächenplatte (18) eingepreßt wird und daß danach in die Zentralbohrung der Stirnflächenplatte (18) und die Zentralbohrung des Kugelkopfes (11) ein Rohr (17) eingesetzt wird und an beiden Enden zu einer Vernietung plastisch angestaucht wird.