EP0504780B1 - Kolben für hydrostatische Axial- und Radialkolbenmaschinen und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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EP0504780B1
EP0504780B1 EP92104525A EP92104525A EP0504780B1 EP 0504780 B1 EP0504780 B1 EP 0504780B1 EP 92104525 A EP92104525 A EP 92104525A EP 92104525 A EP92104525 A EP 92104525A EP 0504780 B1 EP0504780 B1 EP 0504780B1
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piston
core
core region
region
piston according
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Bernhard Adler
Jerzey Kreja
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
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Definitions

  • Pistons for axial and radial piston machines are known in the prior art, each having an open piston cavity on the piston head, which is filled by a filler with a lower specific weight than the piston material.
  • the weight saving achieved in this way compared to a solid piston enables higher speeds and thus a higher performance of the respective axial and radial piston machine.
  • such a piston is known from GB-PS 10 84 933, in whose annular inner surface facing the piston cavity in the region of the open end of the piston cavity, annular grooves are screwed.
  • Filler material introduced into the piston cavity by injection molding, injection molding or compression molding shrinks in the radial and axial directions during cooling and is braced on the groove walls.
  • the cooled filling piece is thus held in the piston cavity by the non-positive connection with the groove walls, but has a radial and axial play as a result of the shrinkage.
  • Another piston is known from DE-PS 37 32 648, which is also in of its jacket inner surface facing a piston cavity has annular grooves which, however, are screwed in on both sides of a plane through the transverse central axis of the piston cavity.
  • the filler material poured into the piston cavity also shrinks during cooling in the radial and axial directions, but in the latter case in opposite directions towards the groove walls in order to brace them and in this way to rule out axial play within the piston cavity.
  • the radial play due to radial shrinkage is not affected.
  • DE-OS 32 04 264 describes a piston which has a piston cavity and, after the insertion of a filler blank into the piston cavity, is subjected to an extrusion process through a die and is radially compressed and axially stretched.
  • this manufacturing process leads to a piston which has a backlash-free contact with tension against the filler, it requires the manufacture of the filler blank with practically the dimensions of the piston cavity and is limited in terms of the choice of filler material to light metals, of which essentially only aluminum due to its specific weight and its deformability. Magnesium and its alloys, for example, cannot be extruded due to their hexagonal structure.
  • the piston according to the invention is produced in one piece with the filler already contained therein in the chipless shaping process without any subsequent machining and thus in a considerably more economical manner than the conventional pistons. This also applies if, for example, subsequent finishing is required to increase the surface quality.
  • the molding processes available are diverse and, through appropriate selection, enable the required properties, such as strength and dimensional stability, to be achieved, for which sintering and taking economic considerations into account, such as die casting or centrifugal casting, are particularly suitable.
  • the piston is shaped around the filler according to the invention and compressed against it, so that it is in a non-positive connection with the piston without any radial play and is thus designed as a support core can be that absorbs forces acting on the piston during operation.
  • This makes it possible, when using a support core that is lighter than the piston material it replaces in the core area, to achieve a weight saving compared to the known piston, namely by increasing the radial dimensions of the core area or the support core while reducing the piston skirt thickness ; preferably such that the volume of the core area is greater than about 50% of the associated piston volume.
  • This effect is reinforced by using a high-strength material for the piston.
  • the strength of the piston according to the invention exceeds that of the known pistons simply because instead of the piston cavity open on one side according to the prior art, it has one or more core regions enclosed on all sides by the piston material.
  • the support cores used to form the core areas during the shaping of the pistons according to the invention replace the filler pieces of the known pistons and, since they are enclosed on all sides, are automatically and absolutely securely fastened in the respective core area.
  • the state of the art Known, constructively and procedurally complex measures to secure the filler pieces in the piston cavity are omitted. Because the support core or the support cores remain in the respective core area, the piston according to the invention has no joints through which pressure oil can penetrate into the core areas and, if this is done through an oil hole, could reduce the volumetric efficiency of the axial piston machine in question.
  • the support cores are made of such materials that not only absorb the forces occurring during the operation of the piston, but which also remain essentially dimensionally stable under the temperature conditions and pressure conditions during piston manufacture and thus also perform an adequate support function, particularly during sintering. Superficial melting or softening of the support cores can be considered harmless.
  • the support cores are lighter than the piston material they replace; they can fill out the respective core area completely or partially to form at least one cavity.
  • their specific weight is lower than that of the piston material, in the latter case this is not absolutely necessary in particular if each support core is designed as a hollow support core which contains the respective cavity.
  • a stiffening body can be arranged in the cavity of such a support core in order to further increase strength or reduce weight, for example in solid form or as a lamellar support structure, for example.
  • Metals as well as metal alloys, ceramic materials, sintered metals and the like come into consideration as materials for the support cores and the stiffening bodies, provided that they fulfill the requirements mentioned above with regard to their dimensional stability during piston manufacture, and their strength properties required for the operation of the piston and their specific weight.
  • Composite materials made of two or more materials such as glass, metal, ceramics, sintered metals, plastics and the like can also be used.
  • fiber materials preferably those with carbon fibers, should be mentioned.
  • the Strength properties, in particular the compression modulus, of the materials used for the support cores need not necessarily exceed those of the piston material.
  • a piston is known from DE-AS 1 055 879, which has a plurality of cavities in which hollow cores are arranged.
  • it is an oil-cooled piston for diesel engines, which is exposed to considerably lower temperatures and lower bending and pressure loads than pistons for hydrostatic axial and radial piston machines and on which the centrifugal forces occurring in the latter do not act.
  • the cavities are not enclosed on all sides, but are connected to oil supply channels; together with the latter, they represent an oil circulation system used to cool the piston.
  • the hollow cores consist only of thin-walled sheet metal and have no supporting function whatsoever.
  • the core area or the core areas of the piston according to the invention preferably extend in the longitudinal direction of the piston, where they are expediently elongated.
  • spherical core areas can also be used, for example, which are combined to form an elongated arrangement.
  • Each core area is expediently arranged concentrically to the piston axis.
  • the piston comprises a piston section that is free of core areas and extends over the entire piston length at least in the area of the piston axis.
  • at least one core region which is annular in cross section or two diametrical core regions which are substantially semicircular in cross section can be used.
  • the piston according to the invention can also contain at least one core region of a different shape, such as one with a circular cross section.
  • the piston has an oil hole which runs essentially along the piston axis, ie through the piston section free of the core area or through a core area or support core.
  • a core used during the formation of the piston which can be tubular and so, in contrast to a solid core, does not have to be removed from the piston in order to create the oil bore passage.
  • a solid core piece it is favorable to replace it with a pipe piece after the piston has been formed, which then defines the oil hole.
  • the core can be used to fix the support core within the mold during the forming of the piston.
  • the piston shown in the drawing is made of a high-strength steel alloy, is intended for a hydrostatic swash plate type axial piston machine and comprises a cylindrical piston skirt 1 with a piston crown 2 at one end and an articulated head 3 at its other end, which engages in one the swash plate of the axial piston machine is designed in a known manner supporting slide shoe.
  • An oil bore 4 runs along the piston axis 5 through the piston shown in FIGS. 1 to 8 and 11 and 12. It opens out in a known manner both on the piston crown 2 and on the joint head 3 and serves to supply oil to the sliding shoe in order to create a hydrostatic bearing there.
  • the piston according to FIGS. 9, 10 and 13, 14 has no oil hole.
  • Core area 6 and support core 7 are on all sides of the piston crown 2, of the piston skirt 1 and one of these with the Articulated head 3 connecting part 8 surrounded and surround a core portion-free piston section 9 through which the oil bore 4 passes.
  • the cross-sectional area of the support core 7, as in the case of the following exemplary embodiments, is greater than 50% of the cross-sectional area of the piston in the region of the piston skirt 1.
  • the piston according to FIGS. 3 and 4 differs from that according to FIGS. 1 and 2 only in the use of two essentially semicircular support cores 10 which completely fill two core regions 11 of corresponding shape. Both core regions 11 are separated from one another by a web 12 which represents the piston region-free piston section. In the area of the piston axis 5, the web 12 is widened on both sides in order to have sufficient material for receiving the oil bore 4.
  • the piston according to FIGS. 5 and 6 differs from that according to FIGS. 1 and 2 only in that the annular support core is designed as a hollow support core 13, which fits snugly against the surrounding piston material, contains a cavity 14 in its interior and consists of a sintered material .
  • the piston according to FIGS. 7 and 8 corresponds to that according to FIGS. 5 and 6, but has a strength-increasing lamellar reinforcement construction 15 in the entire cavity 14 of its annular hollow support core 13, which, as shown in FIG. 7, has the radially inner and Support the radially outer wall of the hollow support core 13 against each other.
  • the piston shown in FIGS. 9 and 10 differs from that according to FIGS. 1 and 2 in that it has no oil hole and is provided with a support core 16 of circular cross section, which is arranged in a core region 17 of the same shape, completely filling it is.
  • the piston according to FIGS. 11 and 12 corresponds to that according to FIGS. 9 and 10, but is provided with an oil bore 4 which, in the absence of a piston section without a core area, in the area of the piston axis 5 within A tubular core piece 18 made of light metal runs through the piston crown 2, the support core 16, the adjoining part 8 and the joint head 3, as can be seen in FIG.
  • the piston according to FIGS. 13 and 14 differs from that according to FIGS. 11 and 12 only in that it has a cylindrical core piece 19 made of easily removable material, which replaces the tubular core piece 18 defining the oil bore 4.
  • the piston shown in the drawing is in the non-cutting molding process, e.g. by die casting, made in one piece.
  • the support core 16 is held by means of the tubular core piece 18 in a mold made of a material known from die casting for determining the piston outer contour at a distance from the mold inner contour .
  • liquefied piston material is injected under pressure into the space between the support core 16 and the mold in a known manner.
  • the piston material shrinks onto the support core 16 on all sides and forms together with this a piston / support core composite body, the two parts of which are non-positively connected to one another.
  • the mold is opened and the finished piston is removed. Subsequently, the piston skirt 1 and the joint head 3 are briefly machined.
  • the piston according to Figures 1 to 8 and 13 and 14 is in the same manner and with the same mold as the piston according to Figures 11 and 12, but with the required support cores 7, 10 and 13 and the coaxially within the annular support core 7, 13 or core piece 19 held between the two semicircular support cores 10.
  • the oil hole 4 is then formed by pulling the core piece 19.
  • the core piece 19 is not pulled in the piston according to FIGS. 13 and 14.

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Description

  • Im Stand der Technik sind Kolben für Axial- und Radialkolbenmaschinen bekannt, die je einen am Kolbenboden offenen Kolbenhohlraum aufweisen, der durch ein Füllstück mit einem gegenüber dem Kolbenwerkstoff geringeren spezifischen Gewicht ausgefüllt ist. Die auf diese Weise erzielte Gewichtseinsparung im Vergleich zu einem massiven Kolben ermöglicht höhere Drehzahlen und damit eine höhere Leistung der jeweiligen Axial- und Radialkolbenmaschine.
  • Die Herstellung dieser bekannten Kolben erfolgt in verfahrenstechnisch und somit kostenmäßig sehr aufwendiger Weise durch plastisches Formen, z.B. Gesenkschmieden, mit nachfolgender spanender Bearbeitung des geschmiedeten Rohlings zur Herstellung seiner Außenkontur, einschließlich des Kopfteils bei Kugelkopf- und auch Gleitschuhkolben, sowie des für die Aufnahme des Füllstücks vorgesehenen Kolbenhohlraums.
  • Wichtig bei diesen bekannten Kolben ist eine unter sämtlichen Betriebsbedingungen sichere Befestigung des Füllstücks, um seine Zerstörung und damit den vorzeitigen Ausfall des Kolbens zu vermeiden. Diese sichere Befestigung wird durch Einsatz konstruktiv und verfahrenstechnisch aufwendiger und damit kostensteigender Maßnahmen angestrebt.
  • Beispielsweise ist aus der GB-PS 10 84 933 ein solcher Kolben bekannt, in dessen dem Kolbenhohlraum zugewandten Mantel-Innenfläche im Bereich des offenen Endes des Kolbenhohlraums Ringnuten eingedreht sind. In den Kolbenhohlraum durch Spritzpressen, Spritzgießen oder Formpressen eingebrachtes Füllstückmaterial schrumpft während des Erkaltens in radialer Richtung und in axialer Richtung und verspannt sich an den Nutwänden. Das erkaltete Füllstück wird somit durch die kraftschlüssige Verbindung mit den Nutwänden im Kolbenhohlraum gehalten, weist allerdings ein radiales und axiales Spiel als Folge des Schrumpfens auf.
  • Aus der DE-PS 37 32 648 ist ein weiterer Kolben bekannt, der ebenfalls in seiner einem Kolbenhohlraum zugewandten Mantel-Innenfläche Ringnuten aufweist, die jedoch beidseits einer durch die Quermittelachse des Kolbenhohlraumes gelegten Ebene eingedreht sind. Das in den Kolbenhohlraum eingegossene Füllstückmaterial schrumpft ebenfalls während des Erkaltens in radialer und in axialer Richtung, im letzteren Fall jedoch gegenläufig auf die Nutwände zu, um sich an diesen zu verspannen und auf diese Weise axiales Spiel innerhalb des Kolbenhohlraums auszuschließen. Das radiale Spiel infolge des radialen Schrumpfens wird jedoch davon nicht beeinflußt.
  • Die DE-OS 32 04 264 beschreibt einen Kolben, der einen Kolbenhohlraum aufweist und nach dem Einsetzen eines Füllstücksrohlings in den Kolbenhohlraum einem Fließpreßvorgang durch eine Matrize unterzogen und dabei radial gestaucht und axial gestreckt wird. Dieses Herstellungsverfahren führt zwar zu einem Kolben, der einen spielfreien Kontakt mit Verspannung gegenüber dem Füllstück aufweist, erfordert jedoch die Herstellung des Füllstückrohlings mit praktisch den Abmessungen des Kolbenhohlraumes und ist bezüglich der Auswahl des Füllstückmaterials auf Leichtmetalle beschränkt, von denen im wesentlichen nur Aluminium aufgrund seines spezifischen Gewichts und seiner Verformbarkeit in Frage kommt. Magnesium und seine Legierungen lassen sich beispielsweise aufgrund ihres hexagonalen Gefügeaufbaus nicht fließpressen.
  • Die Erfindung unterscheidet sich von diesem Stand der Technik durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5.
  • Der erfindungsgemäße Kolben ist mit bereits darin enthaltenem Füllstück einstückig im spanlosen Formungsverfahren ohne jegliche spanende Nachbearbeitung und damit in erheblich wirtschaftlicherer Weise als die herkömmlichen Kolben hergestellt. Dies gilt auch dann, wenn beispielsweise eine nachfolgende Feinbearbeitung zur Erhöhung der Oberflächengüte erforderlich sein sollte. Die zur Verfügung stehenden Formungsverfahren sind vielfältig und erlauben durch entsprechende Auswahl die Erzielung der geforderten Eigenschaften, wie etwa Festigkeit und Maßhaltigkeit, für die sich etwa das Sintern und unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit beispielsweise das Druckgießen oder Schleudergießen besonders eignen.
  • Anstelle der Formung des Füllstücks durch Eingießen in den Kolben gemäß dem Stand der Technik wird erfindungsgemäß der Kolben um das Füllstück herum geformt und gegen dieses verdichtet, so daß es ohne jegliches radiales Spiel in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Kolben steht und auf diese Weise als Stützkern ausgebildet sein kann, der im Betrieb auf den Kolben wirkende Kräfte aufnimmt. Dadurch ist es möglich, bei Verwendung eines Stützkerns, der leichter als der von ihm im Kernbereich ersetzte Kolbenwerkstoff ist, eine Gewichtsersparnis im Vergleich zum bekannten Kolben zu erzielen, und zwar durch Vergrößerung der radialen Abmessungen des Kernbereichs bzw. des Stützkerns bei gleichzeitiger Verringerung der Kolbenmanteldicke; vorzugsweise derart, daß das Volumen des Kernbereichs größer als etwa 50 % des zugeordneten Kolbenvolumens ist. Dieser Effekt wird durch Verwendung eines hochfesten Werkstoffs für den Kolben noch verstärkt. Im übrigen übersteigt die Festigkeit des erfindungsgemäßen Kolbens diejenige der bekannten Kolben schon deshalb, weil er statt des einseitig offenen Kolbenhohlraums gemäß dem Stand der Technik einen oder mehrere allseits vom Kolbenwerkstoff umschlossene Kernbereiche aufweist.
  • Die zur Bildung der Kernbereiche während der Formung der erfindungsgemäßen Kolben verwendeten Stützkerne ersetzen die Füllstücke der bekannten Kolben und sind, da allseits umschlossen, sozusagen automatisch und absolut sicher im jeweiligen Kernbereich befestigt. Die aus dem Stand der Technik bekannten, konstruktiv und verfahrenstechnisch aufwendigen Maßnahmen zur Sicherung der Füllstücke im Kolbenhohlraum entfallen. Aufgrund des Verbleibens des Stützkerns bzw. der Stützkerne im jeweiligen Kernbereich weist der erfindungsgemäße Kolben keine Fugen auf, durch die Drucköl in die Kernbereiche eindringen und, falls dies durch eine Ölbohrung geschieht, den volumetrischen Wirkungsgrad der betreffenden Axialkolbenmaschine verringern könnte.
  • Die Stützkerne sind aus solchen Materialien hergestellt, die nicht nur im Betrieb des Kolbens auftretende Kräfte aufnehmen, sondern die auch unter den Temperaturbedingungen und den Druckverhältnissen während der Kolbenherstellung im wesentlichen formstabil bleiben und somit auch hier eine ausreichende Stützfunktion, insbesondere beim Sintern, ausüben. Oberflächliches Anschmelzen oder Erweichen der Stützkerne kann als unschädlich betrachtet werden.
  • Die Stützkerne sind leichter als der von ihnen ersetzte Kolbenwerkstoff; sie können den jeweiligen Kernbereich vollständig oder unter Bildung wenigstens eines Hohlraums teilweise ausfüllen. Im ersteren Fall ist ihr spezifisches Gewicht geringer als das des Kolbenwerkstoffs, im letzteren Fall ist dies insbesondere dann nicht unbedingt erforderlich, wenn jeder Stützkern als Hohlstützkern ausgebildet ist, der den jeweiligen Hohlraum enthält. Im Hohlraum eines solchen Stützkerns kann zur weiteren Festigkeitserhöhung oder Gewichtsreduzierung ein Versteifungskörper angeordnet sein, etwa in massiver Form oder als beispielsweise lamellenförmige Stützkonstruktion.
  • Als Materialien für die Stützkerne und die Versteifungskörper kommen in Betracht sowohl Metalle als auch Metall-Legierungen, keramische Materialien, Sintermetalle und dgl., vorausgesetzt, sie erfüllen die vorstehend genannten Forderungen bezüglich ihrer Formstabilität während der Kolbenherstellung, ihre für den Betrieb des Kolbens erforderlichen Festigkeitseigenschaften und ihres spezifischen Gewichtes. Es können auch Verbundmaterialien aus zwei oder mehr Werkstoffen, wie etwa Glas, Metall, keramische Stoffe, Sintermetalle, Kunststoffe und dgl., verwendet werden. Hierbei sind insbesondere Faserwerkstoffe, vorzugsweise solche mit Kohlenstoff-Fasern, zu nennen. Die Festigkeitseigenschaften, insbesondere der Kompressionsmodul, der für die Stützkerne verwendeten Materialien müssen nicht notwendigerweise diejenigen des Kolbenwerkstoffs übersteigen.
  • Aus der DE-AS 1 055 879 ist zwar ein Kolben bekannt, der mehrere Hohlräume aufweist, in denen Hohlkerne angeordnet sind. Jedoch handelt es sich dabei um einen ölgekühlten Kolben für Dieselmotoren, der erheblich niedrigeren Temperaturen sowie geringeren Biege- und Druckbeanspruchungen als Kolben für hydrostatische Axial- und Radialkolbenmaschinen ausgesetzt ist und an dem nicht die bei letzteren auftretenden Zentrifugalkräfte wirken. Die Hohlräume sind ebenso wie die Hohlkerne nicht allseits umschlossen, sondern an Ölzuführungskanäle angeschlossen; sie stellen gemeinsam mit letzteren ein zur Kühlung des Kolbens dienendes Ölumlaufsystem dar. Die Hohlkerne bestehen lediglich aus dünnwandigem Blech und weisen keinerlei Stützfunktion auf.
  • Der Kernbereich bzw. die Kernbereiche des erfindungsgemäßen Kolbens erstrecken sich vorzugsweise in Kolbenlängsrichtung, wobei sie zweckmäßigerweise langgestreckt sind. Es können jedoch auch beispielsweise kugelförmige Kernbereiche verwendet werden, die etwa zu einer langgestreckten Anordnung zusammengestellt sind.
  • Zweckmäßigerweise ist jeder Kernbereich konzentrisch zur Kolbenachse angeordnet.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Kolben einen kernbereichsfreien Kolbenabschnitt, der sich über die gesamte Kolbenlänge zumindest im Bereich der Kolbenachse erstreckt. Hierbei können, insbesondere bei einem zylindrischen Kolben, wenigstens ein im Querschnitt ringförmiger Kernbereich oder zwei diametrale, im Querschnitt im wesentlichen halbkreisförmige Kernbereiche verwendet werden. Der erfindungsgemäße Kolben kann jedoch auch wenigstens einen Kernbereich anderer Form, wie beispielsweise einen solchen mit kreisrundem Querschnitt, enthalten. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Kolben eine Ölbohrung auf, die im wesentlichen entlang der Kolbenachse, d.h. durch den kernbereichsfreien Kolbenabschnitt oder durch einen Kernbereich bzw. Stützkern verläuft. Sie ist zweckmäßigerweise durch ein während der Formung des Kolbens verwendetes Kernstück definiert, das rohrförmig gebildet sein kann und so im Gegensatz zu einem massiven Kernstück nicht aus dem Kolben entfernt werden muß, um den Ölbohrungsdurchgang zu schaffen. Im Falle eines massiven Kernstücks ist es günstig, dieses nach der Formung des Kolbens durch ein Rohrstück zu ersetzen, das dann die Ölbohrung definiert. Das Kernstück kann während der Formung des Kolbens zum Fixieren des Stützkerns innerhalb der Form Verwendung finden.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens im Teil-Längsschnitt,
    Fig. 2
    einen Axialschnitt des Kolbens nach Fig. 1,
    Fig. 3
    ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens im Teil-Längsschnitt,
    Fig. 4
    einen Axialschnitt des Kolbens nach Fig. 3,
    Fig. 5
    ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens im Teil-Längsschnitt,
    Fig. 6
    einen Axialschnitt des Kolbens nach Fig. 5,
    Fig. 7
    ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens im Teil-Längsschnitt,
    Fig. 8
    einen Axialschnitt des Kolbens nach Fig. 7,
    Fig. 9
    ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens im Teil-Längsschnitt,
    Fig. 10
    einen Axialschnitt des Kolbens nach Fig. 9,
    Fig. 11
    ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens im Teil-Längsschnitt,
    Fig. 12
    einen Axialschnitt des Kolbens nach Fig. 11,
    Fig. 13
    ein siebtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens im Teil-Längsschnitt,
    Fig. 14
    einen Axialschnitt des Kolbens nach Fig. 13.
  • Der in der Zeichnung dargestellte Kolben besteht aus einer hochfesten Stahllegierung, ist für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise vorgesehen und umfaßt einen zylindrischen Kolbenschaft 1 mit einem Kolbenboden 2 an seinem einen Ende und einem Gelenkkopf 3 an seinem anderen Ende, der zum Eingriff in einen sich an der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine in bekannter Weise abstützenden Gleitschuh ausgebildet ist. Eine Ölbohrung 4 durchläuft entlang der Kolbenachse 5 den in den Figuren 1 bis 8 sowie 11 und 12 dargestellten Kolben. Sie mündet in bekannter Weise sowohl am Kolbenboden 2 als auch am Gelenkkopf 3 aus und dient zur Ölzufuhr zum Gleitschuh, um dort ein hydrostatisches Lager zu schaffen. Der Kolben nach den Figuren 9, 10 und 13, 14 weist keine Ölbohrung auf.
  • Im Inneren des Kolbens nach den Figuren 1 und 2 ist im Bereich des Kolbenschaftes 1 ein in Kolbenlängsrichtung langgestreckter, im Querschnitt ringförmiger Kernbereich 6 in konzentrierter Anordnung zur Kolbenachse 5 ausgebildet und vollständig ausgefüllt von einem ebenfalls ringförmigen Stützkern 7 aus einem spezifisch leichteren und im Betrieb des Kolbens auftretende Kräfte aufnehmendes Material, wie z.B. einem Verbundmaterial mit hochfesten Kohlenstoff-Fasern, wie etwa Aramidfasern, die in einem duroplastischen Kunststoff eingebettet sind. Kernbereich 6 und Stützkern 7 sind allseits vom Kolbenboden 2, vom Kolbenschaft 1 und einem diesen mit dem Gelenkkopf 3 verbindenden Teil 8 umschlossen und umgeben einen kernbereichsfreien Kolbenabschnitt 9, durch den die Ölbohrung 4 hindurchläuft. Die Querschnittsfläche des Stützkerns 7 ist, wie auch im Fall der nachfolgenden Ausführungsbeispiele, größer als 50 % der Querschnittsfläche des Kolbens im Bereich des Kolbenschaftes 1.
  • Der Kolben nach den Figuren 3 und 4 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 und 2 lediglich durch die Verwendung zweier im wesentlichen halbkreisförmiger Stützkerne 10, die zwei Kernbereiche 11 entsprechender Form vollständig ausfüllen. Beide Kernbereiche 11 sind durch einen den kernbereichsfreien Kolbenabschnitt darstellenden Steg 12 voneinander getrennt. Im Bereich der Kolbenachse 5 ist der Steg 12 beidseitig erweitert, um genügend Material zur Aufnahme der Ölbohrung 4 aufzuweisen.
  • Der Kolben nach den Figuren 5 und 6 unterscheidet sich von demjenigen nach den Figuren 1 und 2 lediglich dadurch, daß der ringförmige Stützkern als Hohlstützkern 13 ausgebildet ist, der dem umgebenden Kolbenwerkstoff satt anliegt, in seinem Inneren einen Hohlraum 14 enthält und aus einem Sintermaterial besteht.
  • Der Kolben nach den Figuren 7 und 8 entspricht demjenigen nach den Figuren 5 und 6, weist jedoch im gesamten Hohlraum 14 seines ringförmigen Hohlstützkerns 13 eine festigkeitserhöhende lamellenförmige Verstärkungskonstruktion 15 auf, die gemäß der Darstellung in Figur 7 zick-zack-ähnlich die radial innere und radial äußere Wandung des Hohlstützkerns 13 gegeneinander abstützen.
  • Der in den Figuren 9 und 10 dargestellte Kolben unterscheidet sich von demjenigen nach den Figuren 1 und 2 dadurch, daß er keine Ölbohrung aufweist und mit einem Stützkern 16 von kreisrundem Querschnitt versehen ist, der in einem Kernbereich 17 gleicher Form, diesen vollständig ausfüllend, angeordnet ist.
  • Der Kolben nach den Figuren 11 und 12 entsprich demjenigen nach den Figuren 9 und10, ist jedoch mit einer Ölbohrung 4 versehen, die in Ermangelung eines kernbereichsfreien Kolbenabschnitts im Bereich der Kolbenachse 5 innerhalb eines rohrförmigen Kernstücks 18 aus Leichtmetall verläuft, das den Kolbenboden 2, den Stützkern 16, den sich anschließenden Teil 8 und den Gelenkkopf 3 durchsetzt, wie in Figur 11 zu erkennen ist.
  • Der Kolben nach den Figuren 13 und 14 unterscheidet sich von demjenigen nach den Figuren 11 und 12 lediglich dadurch, daß er ein zylinderförmiges Kernstück 19 aus leicht entfernbarem Material aufweist, das das die Ölbohrung 4 definierende rohrförmige Kernstück 18 ersetzt.
  • Der in der Zeichnung dargestellte Kolben ist im spanlosen Formungsverfahren, z.B. durch Druckgießen, einstückig hergestellt. Zu diesem Zweck wird, am Beispiel des Kolbens nach den Figuren 11 und 12 kurz umrissen, der Stützkern 16 mittels des rohrförmigen Kernstücks 18 in einer Gußform aus einem vom Druckgießen her bekannten Material zur Bestimmung der Kolben-Außenkontur im Abstand von der Form-Innenkontur gehalten. Sodann wird verflüssigter Kolbenwerkstoff unter Druck in den Raum zwischen dem Stützkern 16 und der Gußform in bekannter Weise eingespritzt. Während des Abkühlens schrumpft der Kolbenwerkstoff allseitig auf den Stützkern 16 auf und bildet gemeinsam mit diesem einen Kolben/Stützkern-Verbundkörper, dessen beide Teile kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Nach ausreichender Abkühlung wird die Gußform geöffnet und der fertige Kolben entnommen. Anschließend erfolgt eine kurze Feinbearbeitung des Kolbenschaftes 1 und des Gelenkkopfes 3.
  • Der Kolben nach den Figuren 1 bis 8 sowie 13 und 14 wird in gleicher Weise und mit der gleichen Gußform wie der Kolben nach den Figuren 11 und 12, jedoch mit den jeweils erforderlichen Stützkernen 7, 10 bzw. 13 und dem koaxial innerhalb des ringförmigen Stützkerns 7, 13 bzw. zwischen den beiden halbkreisförmigen Stützkernen 10 gehaltenen Kernstück 19 hergestellt. Durch Ziehen des Kernstücks 19 entsteht dann die Ölbohrung 4. Beim Kolben nach den Fig. 13 und 14 ist das Kernstück 19 nicht gezogen.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Kolbens für hydrostatische Axial- und Radialkolbenmaschinen durch spanlose Formgebung, mit den Schritten
    - des Einfüllens eines in einem im wesentlichen widerstandsfrei verformbaren Zustand befindlichen Werkstoffs in eine eine allseits geschlossene Kolben-Außenkontur bestimmende Form, in der wenigstens ein einen allseits geschlossenen Kernbereich (6, 11, 17) im Inneren des Kolbens definierender, im fertigen Kolben verbleibender Stützkern (7, 10, 13, 16) mit Abstand von der Form-Innenkontur angeordnet ist,
    - des Verdichtens des Werkstoffs unter Bildung eines Kolbens mit hohen Festigkeitseigenschaften bei geringem Gewicht, und
    - des Entfernens des fertigen Kolbens mit dem eingeschlossenen Stützkern (7, 10, 13, 16).
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Werkstoff sich im teigigen bis flüssigen Zustand befindet, in die als Gußform ausgebildete Form eingegossen und sodann durch Abkühlen verdichtet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der im teigigen bis flüssigen Zustand befindliche Werkstoff unter Druck in die Gußform eingebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Werkstoff sich im pulverförmigen Zustand befindet, in die als Sinterform ausgebildete Form eingeschüttet und durch anschließendes Sintern unter Druck und Erwärmung verdichtet wird.
  5. Kolben für hydrostatische Axial- und Radialkolbenmaschinen, der im Verfahren nach Anspruch 1 einstückig aus hochfestem Werkstoff hergestellt ist und in seinem Inneren wenigstens einen vom hochfesten Werkstoff umschlossenen Kernbereich (6, 11, 17) aufweist, der einen zur Aufnahme von im Betrieb auf den Kolben wirkenden Kräften vorgesehenen und bei der Formung des Kolbens den Kernbereich (6, 11, 17) definierenden Stützkern (7, 10, 13, 16) enthält, der leichter ist als der von ihm im Kernbereich (6, 11, 17) ersetzte hochfeste Werkstoff.
  6. Kolben nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Volumen des Kernbereichs (6, 11, 17) größer als etwa 50 % des zugeordneten Kolbenvolumens ist.
  7. Kolben nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkern (7, 10, 16) den Kernbereich (6, 11, 17) vollständig ausfüllt.
  8. Kolben nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkern (13) den Kernbereich unter Bildung wenigstens eines Hohlraums (14) teilweise ausfüllt.
  9. Kolben nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkern (13) als ein den Hohlraum (14) enthaltender Hohlstützkern (13) ausgebildet ist.
  10. Kolben nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Hohlraum (14) des Hohlstützkerns (13) ein Verstärkungskörper (15) angeordnet ist.
  11. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 5-10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kernbereich (6, 11, 17) sich in Kolbenlängsrichtung erstreckt.
  12. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 5-11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kernbereich (6, 11, 17) langgestreckt ist.
  13. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 5-12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kernbereich (6, 11, 17) konzentrisch zur Kolbenachse (5) angeordnet ist.
  14. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 5-13,
    gekennzeichnet durch einen kernbereichsfreien Kolbenabschnitt (9, 12), der sich über die gesamte Kolbenlänge zumindest im Bereich der Kolbenachse (5) erstreckt.
  15. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 5-14,
    gekennzeichnet durch wenigstens einen im Querschnitt ringförmigen Kernbereich (6).
  16. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 5-14,
    gekennzeichnet durch zwei diametrale, im Querschnitt im wesentlichen halbkreisförmige Kernbereiche (11).
  17. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 5-14,
    gekennzeichnet durch wenigstens einen im Querschnitt kreisrunden Kernbereich (12).
  18. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 5-17,
    gekennzeichnet durch eine im wesentlichen entlang der Kolbenachse (5) verlaufende Ölbohrung (4).
  19. Kolben nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ölbohrung (4) durch ein während der Formung des Kolbens verwendetes Kernstück (18, 19) definiert ist.
  20. Kolben nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kernstück ein rohrförmiges Kernstück (18) ist.
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