DE3732648C2

DE3732648C2 -

Info

Publication number: DE3732648C2
Application number: DE3732648A
Authority: DE
Inventors: Heinz 7240 Horb De Berthold; Josef 7452 Haigerloch De Beck; Ivan 7270 Nagold De Pecnik
Original assignee: Brueninghaus Hydraulik GmbH
Current assignee: Brueninghaus Hydraulik GmbH
Priority date: 1987-09-28
Filing date: 1987-09-28
Publication date: 1989-10-19
Also published as: DE3732648A1; EP0309728B1; DE3874849D1; JP2876480B2; EP0309728A2; JPH01108470A; EP0309728A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piston according to the Preamble of claim 1.

Ein Kolben dieser Bauart ist in der US-PS 31 87 644 beschrieben und dargestellt. Bei der bekannten Bauart werden die ringförmigen Schulterflächen durch schräge Flanken gebildet, die in das eingegossene Leichtmaterial eingreifen. Aufgrund des Vorhandenseins von schrägen Flanken kommt es beim Erkalten der Materialien zu einem Ausgleich der Kontraktionsbewegungen des Hohlkörpers und des Leichtmaterials derart, daß die Anlage der betreffenden schrägen Flanke des Hohlkörpers an der zugehörigen schrägen Flanke des Leichtmaterials nicht gewährleistet ist. Es ergibt sich zwar in axialer Richtung ein Eingriff des Hohlkörpers im Leichtmaterial, jedoch ist eine feste Verbindung in axialer Richtung und in Umfangsrichtung nicht gewährleistet. Deshalb ist bei der bekannten Ausgestaltung eine formschlüssige Drehsiche rung für das Leichtmaterial vorgesehen, um zu verhindern, daß das Leichtmaterial aus dem Kolben herausschraubbar ist.A piston of this type is in US-PS 31 87 644 described and illustrated. With the known design are the annular shoulder surfaces by oblique Flanks formed in the cast light material intervention. Due to the presence of oblique There are flanks when the materials cool down Compensation of the contraction movements of the hollow body and the light material such that the system of concerned oblique flank of the hollow body on the associated inclined flank of the light material is not is guaranteed. It is true in the axial direction an engagement of the hollow body in the light material, however is a fixed connection in the axial direction and in Circumferential direction not guaranteed. That is why at the known design a positive rotary safety Lightweight material is provided to prevent that the light material can be screwed out of the piston is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Gewähr leistung einer einfachen Ausbildung die Befestigung des Leichtmaterials im Hohlkörper zu verbessern.The invention has for its object, with warranty performance of a simple training the attachment to improve the light material in the hollow body.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. This task is characterized by the characteristics of claim 1 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erstrecken sich die ringförmigen Schulterflächen im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Kolbens, und es besteht eine kraftschlüssige Verbindung des Leichtmaterials an den ringförmigen Schulterflächen. Die radiale Kontrak tion des eingegossenen Leichtmaterials beim Erkalten ist unschädlich und die axiale Kontraktion des Leichtmate rials kann voll zur Wirkung kommen und die angestrebte Verbindung durch Verspannung herbeiführen. Dabei ist aufgrund der sich im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Kolbens erstreckenden Schulterflächen der Kolben von radialen Kräften im wesentlichen freigestellt.Extend in the embodiment of the invention the annular shoulder surfaces essentially perpendicular to the longitudinal axis of the piston, and there is a non-positive connection of the light material on the annular shoulder surfaces. The radial contract tion of the cast-in lightweight material when cooling is harmless and the axial contraction of the light mate rials can take full effect and the desired Establish connection by tensioning. It is due to being essentially perpendicular to the longitudinal axis of the piston extending shoulder surfaces of the piston essentially exempt from radial forces.

Eine zusätzliche Drehsicherung, wie z. B. zusätzliche etwa axial verlaufende Schulterflächen, ist nicht erforder lich.An additional anti-rotation device, such as. B. additional axially extending shoulder surfaces is not required Lich.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, daß die Positionen der ringförmigen Schulterflächen von einer zur Längsachse des Kolbens rechtwinkligen Position geringfügig abweichen. eine solche geringfügige Abweichung ist unschädlich, so lange die axiale Kontraktionsdifferenz zwischen dem Kolbenmaterial und dem Leichtmaterial groß genug ist, um eine feste Verspannung des Leichtmaterials an den wenigstens zwei ringförmigen Schulterflächen zu erreichen. In the context of the invention it is possible that the positions the annular shoulder surfaces from one to the longitudinal axis slightly deviate from the rectangular position of the piston. such a slight deviation is harmless, as long as the axial contraction difference between the piston material and the light material big enough is a firm tension of the light material on the at least two annular shoulder surfaces to reach.

Es sind Leichtmaterialien mit einem größeren Ausdehnungs koeffizienten als der des Kolbenmaterials zu verwenden. Dafür eignen sich insbesondere Aluminium, Magnesium bzw. Legierungen dieser Metalle und Kunststoffe.There are Light materials with a larger expansion coefficient than that of the piston material. Aluminum, magnesium or Alloys of these metals and plastics.

Es ist zwar aus der DE-OS 23 63 941 bekannt, zur Fixierung von in einen Kolben einzugießendem Leichtmaterial voneinan der beabstandete ringförmige Schulterflächen an der Innenwand des Kolbens vorzusehen, jedoch dienen diese durch Ringnuten gebildeten Schulterflächen der Aufnahme von Innen-Seegerringen, mittels der die Fixierung des Leichtmaterials herbeigeführt wird. Bei dieser Ausgestal tung werden somit zusätzliche Mittel, nämlich die Seeger ringe, benötigt, um die Fixierung zu verwirklichen. Außerdem ist eine so gebildete Fixierung kaum als starr zu bezeichnen, weil ein gewisses Bewegungsspiel für die Seegeringe in den Ringnuten vorhanden ist.It is known from DE-OS 23 63 941 for fixation of light material to be poured into a piston the spaced annular shoulder surfaces on the To provide the inner wall of the piston, but these serve shoulder surfaces of the receptacle formed by annular grooves of inner circlips, by means of which the fixation of the Light material is brought about. With this configuration tion thus become additional funds, namely the Seeger rings, needed to achieve the fixation. In addition, a fixation formed in this way is hardly considered rigid to designate because a certain movement game for the circlips are present in the ring grooves.

Aus der US-PS 36 33 467 sind auch schon voneinander zu bezeichnen, weil ein gewisses Bewegungsspiel für ringförmige Schulterflächen an sich bekannt, jedoch sind diese Schulterflächen einander zugewandt, weshalb eine ausreichende kraftschlüssige Verspannung an den Schulterflächen nicht erreichbar ist und besondere Maßnahmen zur Lagesicherung des Leichtmaterials in Umfangsrichtung vorgesehen werden müssen.From US-PS 36 33 467 are already from each other to designate because a certain movement game for annular shoulder surfaces known per se, however are these shoulder surfaces facing each other, which is why sufficient frictional tension on the Shoulder areas are unreachable and special Measures to secure the position of the light material in Circumferential direction must be provided.

Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl bei Schulterflächen in Wendelform und/oder in geschlossener Ringform funktions fähig (Ansprüche 2 bis 4).The solution according to the invention is both for shoulder surfaces Functional in spiral form and / or in a closed ring form capable (claims 2 to 4).

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt The invention is described below in a Preferred embodiments shown in the drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen erfindungsgemäß ausgestalteten Kolben im axialen Schnitt; Fig. 1 shows a piston according to the invention designed in axial section;

Fig. 2 eine Einzelheit der erfindungsgemäßen Ausgestal tung; Fig. 2 shows a detail of the Ausgestal device according to the invention;

Fig. 3 eine Einzelheit einer erfindungsgemäßen Weiter bildung; Fig. 3 shows a detail of a training according to the invention;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Kolbens. Fig. 4 shows another embodiment of a piston according to the invention.

Der allgemein mit 1 bezeichnete Kolben weist eine sackför mige Ausnehmung 2 auf, die zur Stirnseite 3 bzw. zur Arbeitsfläche des Kolbens 1 offen ist. Die beim vorliegen den Ausführungsbeispiel zylindrische Ausnehmung 2 ist mit einem Leichtmaterial 4 ausgefüllt, das durch Gießen, Druckgießen oder Schmieden eingebracht ist, und dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der des Kolbenmaterials. Zwecks fester Verankerung des Leicht materials 4 in der Ausnehmung 2 sind mehrere, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vier, einen axialen Abstand voneinander aufweisende Umfangsnuten 5 in der Umfangswand der Ausnehmung 2 vorgesehen, von denen wenigstens die einander abgewandten Schulterflächen 6 rechtwinklig zur Achse 7 des Kolbens 1 verlaufen. Als Leichtmaterial kann Aluminium, Magnesium bzw. Legierun gen dieser Metalle oder Kunststoff verwendet werden. Aufgrund der Anordnung der Schulterflächen 6 in einer im wesentlichen rechtwinklig zur Achse 7 verlaufenden Position ergibt sich beim Erkalten des in die Ausnehmung eingegossenen oder eingespritzten Leichtmaterials automa tisch eine feste Verspannung des Leichtmaterials 4 an den einander abgewandten Schulterflächen 6 der Umfangs nuten 5, was deutlich in Fig. 2 dargestellt ist, die die in Fig. 1 mit X bezeichnete Einzelheit vergrößert darstellt. The piston generally designated 1 has a sack-shaped recess 2 which is open to the end face 3 or to the working surface of the piston 1 . The cylindrical recess 2 in the present exemplary embodiment is filled with a light material 4 , which is introduced by casting, die casting or forging and whose coefficient of thermal expansion is greater than that of the piston material. For the purpose of firmly anchoring the light material 4 in the recess 2 , a plurality, in the present exemplary embodiment four, with an axial spacing of circumferential grooves 5 are provided in the circumferential wall of the recess 2 , of which at least the shoulder surfaces 6 facing away from one another are perpendicular to the axis 7 of the piston 1 . Aluminum, magnesium or alloys of these metals or plastics can be used as the light material. Due to the arrangement of the shoulder surfaces 6 in a substantially perpendicular to the axis 7 position, there is automatically a firm bracing of the light material 4 on the facing shoulder surfaces 6 of the circumferential grooves 5 when cooling the poured or injected light material, which is clearly in Fig. 2 is shown, which shows the detail designated X in Fig. 1 enlarged.

Aufgrund des im Vergleich mit dem Kolbenmaterial größeren Ausdehnungskoeffizienten des Leichtmaterials und des größeren Temperaturgefälles ergibt sich eine Verspannung der einander zugewandten Schulterflächen 8 des Leicht materials an den Schulterflächen 6 des Kolbens 1. Die Verspannungskräfte sind mit Pfeilen dargestellt und mit S bezeichnet.Due to the greater coefficient of expansion of the light material and the greater temperature gradient in comparison with the piston material, the shoulder surfaces 8 of the light material facing one another are braced on the shoulder surfaces 6 of the piston 1 . The bracing forces are shown with arrows and labeled S.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Kolben 1 aus Stahl. Es ergibt sich bei der Abkühlung der Materia lien sowohl eine radiale als auch eine axiale Kontraktion des Kolbens 1 und des Leichtmaterials 4. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die axiale Kontraktion des Leichtmaterials 4 zur angestrebten Verspannung S. Die radiale Kontraktion des Leichtmaterials 4 ist unschädlich, weil sie keine Auswirkung auf die Verspannung S ausübt.In the present embodiment, the piston 1 is made of steel. This results in the cooling of the materia lines both a radial and an axial contraction of the piston 1 and the light material 4th In the present exemplary embodiment, the axial contraction of the light material 4 leads to the desired tensioning S. The radial contraction of the light material 4 is harmless because it has no effect on the tension S.

Die erfindungsgemäße Fixierung des Leichtmaterials 4 im Kolben 1 führt in axialer Richtung zu einer form schlüssigen Verbindung und in radialer Richtung zu einer kraftschlüssigen Verbindung. Das Leichtmaterial kann sich während des Betriebs des Kolbens 1 unter den zu erwartenden Belastungen nicht lockern und somit keine Zusatzgeräusche bzw. Funktionsprobleme verursachen.The fixation of the light material 4 in the piston 1 according to the invention leads to a positive connection in the axial direction and to a non-positive connection in the radial direction. The light material cannot loosen during the operation of the piston 1 under the loads to be expected and thus can not cause any additional noises or functional problems.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Abstand a zwischen den voneinander abgewandten Schulterflächen des Leichtmate rials und einander zugewandten Schulterflächen des Kolbens sowie zwischen den zylindrischen Innen- und Außenwandungen handelt es sich um ein geringes Spiel, das sich dann ergibt, wenn der Ausdehnungskoeffizient des Leichtmaterials größer ist als der des Kolbenmaterials. Dieses Spiel ist jedoch vergrößert dargestellt und in Wirklichkeit äußerst gering. The distance a shown in Fig. 2 between the facing shoulder surfaces of the lightweight material and facing shoulder surfaces of the piston and between the cylindrical inner and outer walls is a small game, which results when the expansion coefficient of the light material is greater than that of the piston material. However, this game is shown enlarged and in reality extremely small.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Kolben 1 an seinem seiner Stirnseite 3 abgewandten Ende einen kugelförmigen Kolbenkopf 11 auf zur Lagerung in einer entsprechend kugelförmig geformten Lagerausnehmung 12 entweder eines sogenannten Gleitschuhs 13, der mit seiner dem Kolben 1 abgewandten Gleitfläche 14 bei Verwendung des Kolbens 1 für eine Axialkolbenmaschine mit mehreren, auf einem Teilkreis angeordneten Kolben 1 zwecks Antriebs der Kolben 1 an einer Schiefscheibe anliegt, oder unmittelbar in einer Antriebsscheibe bei Verwendung des Kolbens 1 für eine Schrägachsenmaschine.In the present embodiment, the piston 1 at its its end face 3 facing away from the end of a spherical piston head 11 for storage in a corresponding spherically shaped bearing recess 12 is either a so-called sliding block 13, the sliding surface facing away from its side facing the piston 1 14 using the piston 1 for a Axial piston machine with a plurality of pistons 1 arranged on a pitch circle for the purpose of driving the piston 1 against a swash plate, or directly in a drive disk when using the piston 1 for an inclined axis machine.

Zwecks Verwirklichung eines hydrostatischen Lagers für den Kolbenkopf 11 (oder auch für den Gleitschuh 13) ist im Kolben 1 ein axialer Kanal 15 vorgesehen, der an der Stirnseite 3 und an der sphärischen Lagerfläche 16 des Kolbenkopfes 11 ausmündet, und durch den sich ein Öldruck zum allgemein mit 17 bezeichneten Kolbenkopf lager (oder zur Gleitfläche 14 des Gleitschuhs 13 durch einen weiteren Kanal 15 im Gleitschuh 13) fortpflanzen kann.For the purpose of realizing a hydrostatic bearing for the piston head 11 (or also for the sliding block 13 ), an axial channel 15 is provided in the piston 1 , which opens out on the end face 3 and on the spherical bearing surface 16 of the piston head 11 , and through which an oil pressure leads to generally designated 17 piston head bearing (or to the sliding surface 14 of the shoe 13 through another channel 15 in the shoe 13 ) can propagate.

Der Kanal 15 durch eine runde Hülse 19 gebildet, die in das Leichtmaterial 4 axial eingebettet ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel überragt das der Stirn seite 3 abgewandte Ende der Hülse 19 das Leichtmaterial 4, d. h., dieses mit 21 bezeichnete Ende der Hülse 19 steckt in einer Fassung bzw. Bohrung 22, die sich vom Ende der Ausnehmung 2 um das Maß b axial in den Kolben 1 hinein erstreckt. Es handelt sich vorzugsweise um eine Stufenbohrung, d. h. der Innenquerschnitt 23 der Hülse 19 entspricht im Querschnitt dem durch den Kolbenkopf 11 geführten Abschnitt des Kanals 15. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Hülse 19 vor dem Einbringen des Leichtmaterials 4 in den Kolben 1 einzusetzen und zu fixieren, so daß es keiner weiteren Halterung der Hülse 19 beim Vergießen bedarf. The channel 15 is formed by a round sleeve 19 which is axially embedded in the light material 4 . In the present exemplary embodiment, the end of the sleeve 19 facing away from the end face 3 projects beyond the light material 4 , ie this end, designated 21 , of the sleeve 19 is in a socket or bore 22 which extends axially from the end of the recess 2 by the dimension b the piston 1 extends into it. It is preferably a stepped bore, ie the cross section of the inner cross section 23 of the sleeve 19 corresponds to the section of the channel 15 which is guided through the piston head 11 . This configuration enables the sleeve 19 to be inserted and fixed in the piston 1 before the light material 4 is introduced, so that no further holding of the sleeve 19 is required during the casting.

In der Hülse 19 ist eine Querschnittsverengung in Form einer Düse 24 vorgesehen, die vorzugsweise durch eine Quetschung im Bereich der Düse 24 gebildet ist. Aufgrund dieser Quetschung werden an der Hülse 19 weitere Schulter flächen 25 bzw. eine Taille ausgebildet, aufgrund der die Hülse 19 im Leichtmaterial aufgrund der Einbettung axial gesichert ist.A cross-sectional constriction in the form of a nozzle 24 is provided in the sleeve 19 , which is preferably formed by a pinch in the region of the nozzle 24 . Because of this crushing 19 further shoulder surfaces 25 or a waist are formed on the sleeve, due to which the sleeve 19 is axially secured in the light material due to the embedding.

Die Hülse 19 kann vorzugsweise an ihrem Ende im Bereich der Stirnseite 3 eine weitere Querschnittsverengung in Form eines Filterspaltes 26 aufweisen, der durch eine beiderseitige Quetschung der Hülse 19 gebildet sein kann und hierdurch seinen spaltförmigen Querschnitt erhält. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel überragt die Hülse 19 die Stirnseite 3 des Kolbens 1 um das Maß c, und der Filterspalt 26 ist am freien, herausragenden Ende der Hülse 19 angebracht. Fig. 3 zeigt den Filterspalt 26 und die Hülse 19 in der Seitenansicht von rechts.The sleeve 19 can preferably have at its end in the region of the end face 3 a further cross-sectional constriction in the form of a filter gap 26 , which can be formed by a pinch on both sides of the sleeve 19 and thereby obtains its gap-shaped cross section. In the present exemplary embodiment, the sleeve 19 projects beyond the end face 3 of the piston 1 by the dimension c , and the filter gap 26 is attached to the free, projecting end of the sleeve 19 . Fig. 3 shows the filter gap 26 and the sleeve 19 in a side view from the right.

Insbesondere beim Vorhandensein eines vorbeschriebenen Filterspaltes ist es vorteilhaft, die Düse 24 in einem größeren Abstand d von der Stirnseite 3 bzw. vom Filter spalt 26 anzuordnen, vorzugsweise nahe ihrem Ende 21.Particularly in the presence of a filter gap as described above, it is advantageous to arrange the nozzle 24 at a greater distance d from the end face 3 or from the filter gap 26 , preferably near its end 21 .

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen im wesentlichen dadurch, daß die Schulterflächen 6 des Kolbens 1 durch eine gewindeförmige Wendelnut 27 und eine Ringnut 5.1 gebildet sind, von denen letztere beim vorliegenden Ausführungs beispiel an der Stirnseite des Kolbens 1 abgewandten Ende des Leichtmaterials 4 angeordnet ist. Diese Ausgestal tung ermöglicht eine preiswerte Herstellung und eine formschlüssige Drehsicherung für das Leichtmaterial 4 zwecks Verhinderung eines axialen Herausdrehens. The embodiment of FIG. 4 differs from the above essentially in that the shoulder surfaces 6 of the piston 1 are formed by a thread-shaped spiral groove 27 and an annular groove 5.1 , of which the latter in the present embodiment example facing away from the end of the piston 1 end of the light material 4 is arranged. This Ausgestal device allows inexpensive production and a positive rotation lock for the light material 4 in order to prevent axial unscrewing.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist außerdem die die Hülse 19 umfassende Ausgestaltung nicht vorhanden, sondern lediglich ein einfacher Kanal 15 in Form einer Bohrung.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the embodiment comprising the sleeve 19 is also not present, but only a simple channel 15 in the form of a bore.

Claims

1. Piston for axial piston machines, the piston being designed as a hollow body with an axial recess, on the circumferential wall of which at least two circumferential, mutually facing and spaced apart from one another annular shoulder surfaces are arranged, which are engaged with Leichtma poured into the recess , whose thermal expansion coefficient is greater than that of the piston material, characterized in that the shoulder surfaces ( 6 ) extend substantially at right angles to the longitudinal axis ( 7 ) of the piston ( 1 ) and the light material ( 4 ) with shrinkage non-positively on the shoulder surfaces ( 6 ) is tense.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the shoulder surfaces ( 6 ) are formed by axially adjacent annular grooves ( 5 ).

3. Piston according to claim 1, characterized in that the shoulder surfaces ( 6 ) are formed by at least one helical groove ( 27 ) and at least one annular groove ( 5.1 ).

4. Piston according to claim 3, characterized in that the annular groove ( 5.1 ) is arranged on or near the end of the recess ( 2 ) facing away from the end face of the piston ( 1 ).