EP1287944B1 - Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens für eine Kolbenmaschine - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens für eine Kolbenmaschine Download PDF

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EP1287944B1
EP1287944B1 EP02023313A EP02023313A EP1287944B1 EP 1287944 B1 EP1287944 B1 EP 1287944B1 EP 02023313 A EP02023313 A EP 02023313A EP 02023313 A EP02023313 A EP 02023313A EP 1287944 B1 EP1287944 B1 EP 1287944B1
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EP
European Patent Office
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piston
peripheral wall
hollow piston
mandrel
hollow
Prior art date
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EP02023313A
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English (en)
French (fr)
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EP1287944A3 (de
EP1287944A2 (de
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Gerhard Beutler
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
Original Assignee
Brueninghaus Hydromatik GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means
    • F04B1/124Pistons
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    • Y10T29/00Metal working
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    • Y10T29/49229Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49249Piston making
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/49229Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49249Piston making
    • Y10T29/49256Piston making with assembly or composite article making

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hollow piston for a piston engine according to the preamble of claim 1.
  • a method for producing a hollow piston according to the preamble of claim 1 is described in US 5,642,654.
  • Essential features of this hollow piston are a base portion of which extend in one axial direction, a hinge part in the form of a ball head and in the other axial direction a cylindrical piston part in the form of a peripheral wall and arranged by the latter in a ring spacing mandrel.
  • the thus-formed annular cavity of the piston is closed by a ring cover inserted between the peripheral wall and the mandrel.
  • the cylindrical piston part is made by extrusion.
  • this hollow piston In a hollow piston described in DE 196 20 167 C2, there is an annular hole between the peripheral wall and the central mandrel which is machined by deep drilling. As a result, a labor-intensive and time-consuming production effort is given, are conditioned by the relatively high production costs. It should be noted that the production of this known hollow piston also takes place with a relatively high loss of material, which is created by the machining incorporation of the ring hole. Furthermore, this hollow piston has a ball joint part in the form of a ball joint, which extends from the base portion of the hollow piston in the axial direction opposite to the cavity.
  • DE 26 53 867 A1 discloses a hollow piston and a method for producing the hollow piston, which is formed of two separate hollow piston parts, namely a base portion, the peripheral wall and the ball joint part comprising the first piston part and a lid and a piece extending from this in one piece central mandrel containing second piston part consists.
  • the lid engages with a pin-shaped projection on the free edge of the peripheral wall in the hollow piston and the free end of the mandrel engages in a recess in the base portion, wherein the two piston parts are connected by soldering ,
  • the peripheral wall of the first piston part and, on the other hand, the mandrel of the other piston part are integrally formed by extrusion respectively on the associated piston part formed, however, two separate molding operations in two separate molding tools are required in this known embodiment.
  • the invention has the object of providing a method for producing a hollow piston of the type described in such a way that while ensuring a simple or inexpensive production, a stable construction is achieved.
  • the peripheral wall and the central mandrel are alternatively formed by constituting the sintered material with the base portion and forming and sintering the annular hole extending between the peripheral wall and the mandrel.
  • a hollow piston produced according to the invention may consist of two cup-shaped blank sections which, with regard to the shape and size of their inner shape, i. the shape of the cavity halves, are identical. This makes it possible, at least for the design of the inner forms of the hollow piston to use the same tools and manufacturing measures. As a result, the manufacturing process is substantially simplified, and it can be significantly reduced manufacturing costs.
  • the generally designated 1 hollow piston with a cylindrical outer surface 2 has a base portion 3, of which in one longitudinal direction a hinge part 4, in the present embodiment, a joint ball 5 with a ball neck 5a, and in the other longitudinal direction a hollow cylindrical peripheral wall 6 and a cylindrical central mandrel 7 extend, which are connected at their ends remote from the base portion 3 by a cover 8 with each other. Between the peripheral wall 6 and the mandrel 7 is a ring cavity 9, which is closed on all sides.
  • the end face 11 at the front free end of the hollow piston. 1 a frustoconical shape. However, it can also have a different shape, for example be a radial plane end face.
  • the hollow piston 1 is assembled and manufactured from two or three parts, namely a base body part 1a according to FIG. 1a, a cover part 1b according to FIG. 1b and optionally a centering disk 1c according to FIG. 1c.
  • the basic body part 1a and the lid part 1b are axially placed against each other at a dividing joint 12 for the purpose of development to the piston blank 1e, which is in the longitudinal region of the annular cavity 9, preferably a distance a from the cover 8 and a distance b from the base portion 3 has.
  • a portion of the annular cavity 9 extends into both the base body portion 1a and the lid portion 1b, thereby providing peripheral wall portions 6a, 6b and spine portions 7a, 7b facing each other.
  • the centering disk 1c is inserted between the peripheral wall 6b and the mandrel portion 7b of the main body portion 1a (see Fig. 1d) with its central hole 13 and its outer diameter matched to the cross-sectional size of the mandrel portion 7b and the inner diameter of the peripheral wall portion 6b.
  • the diameter of the mandrel portion 7b may be slightly tapered (not shown) or the inner diameter of the peripheral wall portion 6b may be slightly widened, so that results in a small axial distance b from the free end of the main body part 1a a contact shoulder 14 for the centering disc 1c.
  • the centering disc 1c has a through hole 13a, preferably at its outer edge, e.g. a notch on or ensures a flow passage between the two separated by the centering 1c cavity sections.
  • the outer diameter of the main body part 1a and the lid part 1b are prefabricated x with respect to the diameter d of the hollow piston 1 with an oversize x.
  • the base portion 3 is on the main body part 1a by an axial Dimension c extended, which is dimensioned so long that the ball joint 5 can be formed with its ball neck 5a thereof, for example by cutting off.
  • the hollow piston 1 and the base body part 1a and the lid part 1b in the present embodiment consist of metal, in particular steel, which is suitable for extrusion.
  • the basic body part 1a and the lid part 1b are connected by welding to the surfaces of the parting line 12, preferably by friction welding, which can be achieved by rotation of one part relative to the other part, as is known per se.
  • the circumferential wall sections 6b and the mandrel section 7b are heated to such an extent in the region of the parting line 12 that they melt in the region of the parting line 12 and weld together, whereby welding beads 15 can form inside and outside.
  • the mandrel portion 7b is radially supported by the centering disk 1c.
  • Fig. 2 shows a piston blank 1e, which differs from the above-described embodiment only in that the dividing joint 12 is offset more towards the free end of the peripheral wall 6, e.g. in the vicinity of the lid 8 or to the lid. 8
  • the basic body part 1a and the lid part 1b are preferably one-piece moldings, ie their peripheral wall sections 6a, 6b and mandrel sections 7a, 7b each integrally formed on the associated base portion 3 or lid 8.
  • Preferred measures for this purpose may be, for example, sintering and extrusion, in particular cold extrusion.
  • the base body part 1a and the lid part 1b are formed by inserting and sintering each sintered material into a corresponding cavity of a mold.
  • Extrusion molding is carried out in per se known extrusion tools each corresponding shape, each of the peripheral wall portion 6b and the mandrel portion 7b and possibly also the peripheral wall portion 6a and the mandrel portion 7a are each formed on a blank, not shown by extrusion.
  • the extrusion results in each case one in the base region of the cavity 9 adjacent material region U-shaped extending fiber profile 16, as shown in FIG. 4.
  • This fiber profile also results on the inner lateral surface of the cavity 9, which is illustrated in FIG. 6 by longitudinal lines and the reference numeral 16a.
  • a chip removal e.g. by deep drilling, fabricated cavity 9 in the base region of the cavity 9, a broken or axially opening fiber profile 16b, which is due to the preparation of the starting material, e.g. by rolling, calibrating or pulling.
  • the inner wall of the cavity 9 in a machining, e.g. by deep drilling, transverse to the longitudinal direction extending grooves 16c, which - as already interrupted in the base region of the cavity 9 fiber profile 16b - lead to fracture hazards.
  • Another advantage is that in both above-described manufacturing measures no material is to be machined to the to achieve the desired shape of the annular cavity 9.
  • the existing material is thus optimally utilized.
  • the machining of the surface of the piston blank 1d can also be carried out in several steps. So it is e.g. possible, after welding and before hardening, the shape according to FIG. 1 corresponding to the final shape of the hollow piston 1, e.g. by turning or grinding, with an oversize at least on the lateral surface 18 to produce and after the above-described curing, the entire lateral surface or only the hollow cylindrical surface, for example. finish by grinding, the joint ball 5 can be finished before curing.
  • FIGS. 7 to 7c differs from the above-described embodiment in that the base body part 1a and the lid part 1b at least in the region of its peripheral wall portions 6b and mandrel portions 7b and cavity sections formed the same are, preferably also outside and thus formed the same overall and therefore can be identical parts. Since the length of the peripheral wall sections 6a, 6b and mandrel sections 7b is reduced due to the central arrangement of the parting line 12 with respect to the annular cavity 9 and these parts are more stable due to this reduction, a centering disc 1c can be omitted, as shown in FIGS. 7 and 7c.
  • FIGS. 8 to 8c differs from the prescribed embodiments in that the cover part 1b is formed by a disc with a central hole 19, in particular a through hole is adapted to the cross-sectional size of the mandrel 7, wherein the mandrel 7 extends into the hole 19 and the peripheral wall 6 extends to the disc-shaped cover part 1b.
  • the mandrel 7 may extend to the end face of the cover part 1b, as shown in FIG. 8c.
  • the cover part 1b can be connected to the base body part 1a by soldering or welding, e.g.
  • the parts are joined together by laser welding.
  • the hollow piston 1 can be produced in this embodiment with the method steps already described.
  • the lid member 1b may be e.g. be integrally formed by sintering, or it may be machined, in particular by turning.
  • the hollow piston 1 can form a piston assembly 24 in all embodiments with a guide shoe 22 only schematically indicated in Fig. 1, which is connected by a hinge connection 23 with the hollow piston 1, in a piston machine with a swash plate for moving the hollow piston 1 an axial Support and an axial drive of the hollow piston 1 allows.
  • the joint part 4 is formed by a joint ball 5
  • the sliding shoe 22 on its side facing the hollow piston 1 a hemispherical joint recess 25
  • the recess edge 26 via the equator 27 of the joint recess 25 is extended out and in a the ball joint 5 engages behind shape while ensuring a movement play.
  • the joint recess 25 opposite surface of the sliding block 22 is a preferably flat sliding surface 28, which serves for articulated support on the swash plate.
  • the shoe 22 is made of metal, such as a copper or brass alloy such as bronze, or steel.
  • the recess edge 26 may be cold-crimped or hot-crimped. This crimping process can be carried out prior to the finishing of the lateral surface 18 of the hollow piston or as the last processing step after the finishing of the lateral surface 18 of the hollow piston 1.
  • a bore portion 21a communicating therewith is also provided in the sliding shoe 22, which opens out at the sliding surface 28. Furthermore, the sliding shoe 22 has a flange 29 which projects radially beyond a base section 31 having the joint recess 25.
  • the hinge connection 23 may also be formed in that the joint recess 25 are arranged with the recess edge 26 on the hollow piston 1 and extending in the direction of the slide shoe 22, and the slide shoe 22 has the ball joint 5, in the joint recess 25th is pivotally mounted.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens für eine Kolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkolbens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der US 5,642,654 beschrieben. Wesentliche Merkmale dieses Hohlkolbens sind ein Basisabschnitt, von dem sich in die eine axiale Richtung ein Gelenkteil in Form eines Kugelkopfes und in die andere axiale Richtung ein zylindrischer Kolbenteil in Form einer Umfangswand sowie ein von letzterer in einem Ringabstand angeordneter Dorn erstrecken. Der so gebildete Ringhohlraum des Kolbens ist durch ein zwischen der Umfangswand und dem Dorn eingesetzten Ringdeckel verschlossen. Der zylindrisches Kolbenteil ist durch Fließpressen hergestellt.
  • Bei einem in der DE 196 20 167 C2 beschriebenen Hohlkolben besteht zwischen der Umfangswand und dem zentralen Dorn ein Ringloch, das durch Tiefbohren spanabhebend hergestellt wird. Hierdurch ist ein arbeits- und zeitintensiver Herstellungsaufwand vorgegeben, durch den verhältnismäßig hohe Herstellungkosten bedingt sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Herstellung dieses bekannten Hohlkolbens auch mit einem verhältnismäßig hohen Materialverlust erfolgt, der durch das spanabhebende Einarbeiten des Ringlochs entsteht. Ferner weist dieser Hohlkolben ein Kugelgelenkteil in Form einer Gelenkkugel auf, die sich vom Basisabschnitt des Hohlkolbens in die dem Hohlraum entgegengesetzte axiale Richtung erstreckt.
  • In der DE 26 53 867 A1 ist ein Hohlkolben und ein Verfahren zur Herstellung des Hohlkolbens, der aus zwei separaten Hohlkolbenteilen gebildet ist, nämlich einem den Basisabschnitt, die Umfangswand und das Kugelgelenkteil umfassenden ersten Kolbenteil und einem den Deckel und einen sich von diesem einstückig erstreckenden zentralen Dorn enthaltenden zweiten Kolbenteil besteht. Zur Stabilisierung der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kolbenteil faßt der Deckel mit einem zapfenförmigen Ansatz am freien Rand der Umfangswand in den Hohlkolben ein und das freie Ende des Dorns faßt in eine Ausnehmung im Basisabschnitt ein, wobei die beiden Kolbenteile durch Löten miteinander verbunden sind. Bei diesen bekannten Hohlkolben sind zwar zum einen die Umfangswand des ersten Kolbenteils und zum anderen der Dorn des anderen Kolbenteils durch Fließpressen jeweils am zugehörigen Kolbenteil einstückig angeformt, jedoch sind bei dieser bekannten Ausgestaltung zwei separate Formungsvorgänge in zwei separaten Formungswerkzeugen erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verfahren zur Herstellung eines Hohlkolbens der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß bei Gewährleistung einer einfachen bzw. preisgünstigen Herstellung, eine stabile Bauweise erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Beim erfindurgsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1 werden die Umfangswand und der zentrale Dorn alternativ dadurch gebildet, daß diese Teile mit dem Basisabschnitt aus Sintermaterial bestehen und mit dem sich zwischen der Umfangswand und dem Dorn erstreckenden Ringloch geformt und gesintert werden. Hierdurch wird ebenfalls nicht nur eine einfache kostengünstige Herstellung erreicht, sondern es kann auch der Vorteil ausgenutzt werden, daß ein Sinterwerkstoff sich als Gleitwerkstoff eignet, was darauf zurückzuführen ist, daß die bei einem Sinterwerkstoff vorhandenen Poren Schmierstofftaschen bilden, die eine gute Schmierung und einen verhältnismäßig geringen Verschleiß der Gleitflächen gewährleisten.
  • Ein erfindungsgemäß hergestellter Hohlkolben Kann aus zwei topfförmigen Rohlingabschnitten bestehen die bezüglich der Form und Größe ihrer Innenform, d.h. der Form der Hohlraumhälften, identisch sind. Hierdurch ist es möglich, zumindest zur Ausgestaltung der Innenformen der Hohlkolben gleiche Werkzeuge und Herstellungsmaßnahmen zu benutzen. Hierdurch wird das Herstellungsverfahren wesentlich vereinfacht, und es können die Herstellungskosten beträchtlich gesenkt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, den Hohlkolben aus zwei nicht nur bezüglich ihrer Innenform sondern auch bezüglich ihrer Außenform und somit identischen Rohlingsabschnitten bzw. Vorfertigungsteilen zusammenzusetzen. Es braucht deshalb lediglich eine Art Vorfertigungsteile hergestellt zu werden, die in einander entgegengesetzter Anordnung zusammengesetzt und miteinander verbunden werden, insbesondere durch Schweißen, und somit einen Kolbenrohling bilden.
  • In den Unteransprüchen sind Merkmale enthalten, die zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe beitragen.
  • Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1
    einen erfindungsgemäßen Hohlkolben für eine Kolbenmaschine im axialen Schnitt;
    Fig. 1a, 1b und 1c
    drei Vorfertigungsteile, die zu einem Kolbenrohling weiter verarbeitet werden;
    Fig. 1d
    ein durch eine Stützscheibe stabilisiertes Vorfertigungsteil;
    Fig. 1e
    den Kolbenrohling im axialen Schnitt;
    Fig. 2
    einen Kolbenrohling in abgewandelter Ausgestaltung;
    Fig. 3
    ein Vorfertigungsteil für den Hohlkolben im axialen Schnitt mit angedeutetem Faserverlauf nach dem Stand der Technik;
    Fig. 4
    ein erfindungsgemäßes Vorfertigungsteil für den Hohlkolben mit angedeutetem Faserverlauf im axialen Schnitt;
    Fig. 5
    ein Vorfertigungsteil für den Hohlkolben im axialen Schnitt nach dem Stand der Technik;
    Fig. 6
    ein erfindungsgemäßes Vorfertigungsteil für den Hohlkolben im axialen Schnitt;
    Fig. 7
    einen erfindungsgemäßen Hohlkolben in abgewandelter Ausgestaltung im axialen Schnitt;
    Fig. 7a, 7b
    zwei einander gleiche Vorfertigungsteile für den erfindungsgemäßen Hohlkolben nach Fig. 7;
    Fig. 7c
    eine Kolbenrohling für den Hohlkolben nach Fig. 7 im axialen Schnitt;
    Fig. 8
    einen erfindungsgemäßen Hohlkolben im axialen Schnitt in weiter abgewandelter Ausgestaltung;
    Fig. 8a, 8b
    zwei Vorfertigungsteile für den Hohlkolben nach Fig. 8 im axialen Schnitt; und
    Fig. 8c
    einen Kolbenrohling im axialen Schnitt für einen Hohlkolben nach Fig. 8.
  • Der allgemein mit 1 bezeichnete Hohlkolben mit einer zylindrischen Mantelfläche 2 weist einen Basisabschnitt 3 auf, von dem sich in der einen Längsrichtung ein Gelenkteil 4, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Gelenkkugel 5 mit einem Kugelhals 5a, und in der anderen Längsrichtung eine hohlzylindrische Umfangswand 6 und ein zylindrischer zentraler Dorn 7 erstrecken, die an ihren dem Basisabschnitt 3 abgewandten Enden durch einen Deckel 8 miteinander verbunden sind. Zwischen der Umfangswand 6 und dem Dorn 7 befindet sich ein Ringhohlraum 9, der allseitig geschlossen ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Stirnfläche 11 am vorderen freien Ende des Hohlkolbens 1 eine kegelstumpfförmige Form auf. Sie kann jedoch auch eine andere Form aufweisen, z.B. eine radialebene Stirnfläche sein.
  • Der Hohlkolben 1 wird aus zwei oder drei Teilen zusammengesetzt und gefertigt, nämlich einem Basiskörperteil 1a gemäß Fig. 1a, einen Deckelteil 1b gemäß Fig. 1b und gegebenenfalls einer Zentrierscheibe 1c gemäß Fig. 1c. Das Grundkörperteil 1a und das Deckelteil 1b werden zwecks Weiterbildung zum Kolbenrohling 1e nach Fig. 1e an einer Teilungsfuge 12 axial aneinander gesetzt, die sich im Längenbereich des Ringhohlraums 9 befindet, wobei sie vorzugsweise einen Abstand a vom Deckel 8 und auch einen Abstand b vom Basisabschnitt 3 aufweist. Infolgedessen erstreckt sich jeweils ein Abschnitt des Ringhohlraumes 9 sowohl in das Grundkörperteil 1a als auch in das Deckelteil 1b, wodurch sich Umfangswandabschnitte 6a, 6b und Dornabschnitte 7a, 7b ergeben, die einander zugewandt sind. Die Zentrierscheibe 1c wird zwischen die Umfangswand 6b und den Dornabschnitt 7b des Grundkörperteils 1a eingesetzt (s. Fig. 1d), wobei ihr zentrales Loch 13 und ihr Außendurchmesser an die Querschnittsgröße des Dornabschnitts 7b und den Innendurchmesser des Umfangswandabschnitts 6b angepaßt ist. Dabei kann der Durchmesser des Dornabschnitts 7b geringfügig verjüngt sein (nicht dargestellt) oder der Innendurchmesser des Umfangswandabschnitts 6b kann geringfügig erweitert sein, so daß sich in einem kleinen axialen Abstand b vom freien Ende des Grundkörperteils 1a eine Anlageschulter 14 für die Zentrierscheibe 1c ergibt. Die Zentrierscheibe 1c weist ein Durchgangsloch 13a, vorzugsweise an ihrem Außenrand, z.B. eine Kerbe auf, das bzw. die einen Strömungsdurchgang zwischen den beiden durch die Zentrierscheibe 1c getrennten Hohlraumabschnitten gewährleistet.
  • Der Außendurchmesser des Grundkörperteils 1a und des Deckelteils 1b sind jeweils bezüglich des Durchmessers d des Hohlkolbens 1 mit einem Übermaß x vorgefertigt. Der Basisabschnitt 3 ist am Grundkörperteil 1a um ein axiales Maß c verlängert, das so lang bemessen ist, daß die Gelenkkugel 5 mit ihrem Kugelhals 5a daraus gebildet werden kann, z.B. durch spanabhebendes Abdrehen.
  • Der Hohlkolben 1 bzw. das Basiskörperteil 1a und das Deckelteil 1b bestehen beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Metall, insbesondere Stahl, das sich zum Fließpressen eignet.
  • Das Grundkörperteil 1a und das Deckelteil 1b werden bei Anlage an den Flächen der Teilungsfuge 12 durch Schweißen miteinander verbunden, vorzugsweise durch Reibschweißen, was durch eine Rotation des einen Teils relativ zum anderen Teil erreicht werden kann, wie es an sich bekannt ist. Während des Reibens werden die Umfangswandabschnitte 6b und der Dornabschnitt 7b im Bereich der Teilungsfuge 12 so stark erwärmt, daß sie im Bereich der Teilungsfuge 12 schmelzen und miteinander verschweißen, wobei sich innen und außen Schweißwülste 15 ausbilden können. Während der Rotation und des Verschweißens ist insbesondere der Dornabschnitt 7b durch die Zentrierscheibe 1c radial gestützt.
  • Durch das Zusammenschweißen des Grundkörperteils 1a und des Deckelteils 1b ergibt sich ein Kolbenrohling 1e gemäß Fig. 1e, bei dem die radialen und axialen Übermaße x durch eine strichpunktierte Darstellung der endgültigen Kolbenform verdeutlicht sind.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigt einen Kolbenrohling 1e, der sich vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich dadurch unterscheidet, daß die Teilungsfuge 12 mehr zum freien Ende der Umfangswand 6 hin versetzt ist, z.B. in die Nähe des Deckels 8 oder bis an den Deckel 8.
  • Das Grundkörperteil 1a und das Deckelteil 1b sind vorzugsweise einstückige Formteile, d. h. ihre Umfangswandabschnitte 6a, 6b und Dornabschnitte 7a, 7b sind jeweils einstückig am zugehörigen Basisabschnitt 3 oder Deckel 8 angeformt. Bevorzugte Maßnahmen hierzu können z.B. Sintern und Fließpressen, insbesondere Kaltfließpressen, sein. Im ersten Fall werden das Grundkörperteil 1a und das Deckelteil 1b dadurch geformt, das jeweils Sintermaterial in einen entsprechenden Hohlraum einer Form eingegeben und gesintert wird. Ein Fließpressen erfolgt in an sich bekannten Fließpresswerkzeugen jeweils entsprechender Form, wobei jeweils der Umfangswandabschnitt 6b und der Dornabschnitt 7b und gegebenenfalls auch der Umfangswandabschnitt 6a und der Dornabschnitt 7a jeweils an einem nicht dargestellten Rohling durch Fließpressen geformt werden. In beiden Fällen ergibt sich eine hinreichende Formgenauigkeit für das Grundkörperteil 1a und das Deckelteil 1b, wobei sich zusätzlich ein gesintertes Teil gut für eine Gleitfunktion eignet aufgrund von im Sintermaterial enthaltenen Poren, die im Funktionsbetrieb als Schmiertaschen wirken.
  • Das Fließpressen ergibt jeweils einen in dem Grundbereich des Hohlraums 9 benachbarten Materialbereich u-förmig verlaufenden Faserverlauf 16, wie es Fig. 4 zeigt. Dieser Faserverlauf ergibt sich auch an der Innenmantelfläche des Hohlraums 9, was in Fig. 6 durch längs verlaufenden Linien und das Bezugszeichen 16a verdeutlicht ist. Demgegenüber weist ein durch Spanabheben, z.B. durch Tiefbohren, gefertigter Hohlraum 9 im Grundbereich des Hohlraums 9 einen gebrochenen bzw. axial ausmündenden Faserverlauf 16b auf, was durch die Herstellung des Ausgangsmaterials bedingt ist, z.B. durch Walzen, Kalibrieren oder Ziehen. Außerdem weist die Innenwandung des Hohlraums 9 bei einer spanabhebenden Fertigung, z.B. durch Tiefbohren, quer zur Längsrichtung verlaufende Riefen 16c auf, die - wie bereits der im Grundbereich des Hohlraums 9 unterbrochene Faserverlauf 16b - zu Bruchgefahren führen.
  • Ein weiterer Vorteil ist, daß bei beiden vorbeschriebenen Herstellungsmaßnahmen kein Material zu zerspanen ist, um die gewünschte Form des Ringhohlraums 9 zu erreichen. Das vorhandene Material wird somit optimal ausgenutzt.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens 1 nach Fig. 1 mit seinen Verfahrensschritten beschrieben.
    • Herstellen jeweils wenigstens eines Grundkörperteils 1a und eines Deckelteils 1b durch einstückiges Formen mit einem radialen Übermaß x. In solchen Fällen, in denen sich die Teilungsfuge 12 in der Nähe der Innenseite des Deckelteils 1b befindet, ist es im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls praktikabel, den Umfangswandabschnitt 6b und den Dornabschnitt 7b des Deckelteils 1b nicht durch einstückiges Formen sondern spanabhebend einzuarbeiten, z.B. durch Bohren oder Fräsen. Längere axiale Abschnitte der Umfangswand 6 und des Dorns 7 werden dagegen in vorteilhafter Weise einstückig geformt, insbesondere durch Sintern oder Fließpressen, vorzugsweise Kaltfließpressen. Außerdem wird wenigstens eine Zentrierscheibe 1c ausgebildet, insbesondere durch Stanzen aus einer Platine.
    • Einsetzen oder Einpressen der Zentrierscheibe 1c in das Grundkörperteil 1a
    • Verschweißen des Grundkörperteils 1a und des Deckelteils 1b zu einem Kolbenrohling 1e gemäß Fig. 1e.
    • Einarbeiten einer koaxial durchgehenden Bohrung 21 im Kolbenrohling 1e nach oder vor dem Schweißen im Grundkörperteil 1a und Deckelteil 1b, sofern diese vorhanden ist.
    • Härten oder Nitrierhärten des Kolbenrohlings 1e wenigstens im Bereich seiner Mantelfläche 18.
    • Spanabhebendes Endbearbeiten der Oberfläche des Kolbenrohlings 1e durch z.B. Drehen und/oder Schleifen.
  • Im Rahmen der Erfindung kann das spanabhebende Bearbeiten der Oberfläche des Kolbenrohlings 1d auch in mehreren Schritten erfolgen. So ist es z.B. möglich, nach dem Verschweißen und vor dem Härten die der endgültigen Form des Hohlkolbens 1 entsprechende Form gemäß Fig. 1 spanabhebend, z.B. durch Drehen oder Schleifen, mit einem Übermaß wenigstens an der Mantelfläche 18 herzustellen und nach dem vorbeschriebenen Härten die gesamte Mantelfläche oder nur die hohlzylindrische Mantelfläche z.B. durch Schleifen endzubearbeiten, wobei die Gelenkkugel 5 bereits vor dem Härten endbearbeitet werden kann.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 bis 7c, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß das Grundkörperteil 1a und das Deckelteil 1b wenigstens im Bereich ihrer Umfangswandabschnitte 6b und Dornabschnitte 7b bzw. Hohlraumabschnitte gleich ausgebildet sind, vorzugsweise auch außen und somit insgesamt gleich ausgebildet und deshalb identische Teile sein können. Da aufgrund der mittigen Anordnung der Teilungsfuge 12 bezüglich des Ringhohlraums 9 die Länge der Umfangswandabschnitte 6a, 6b und Dornabschnitte 7b verringert ist und diese Teile aufgrund dieser Verringerung stabiler sind, kann eine Zentrierscheibe 1c entfallen, wie es Fig. 7 und 7c zeigen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, wenigstens einen der Dornabschnitte 7a, 7b, vorzugsweise beide Dornabschnitte 7a, 7b, jeweils durch eine Zentrierscheibe 1c zu stützen, wie es in Fig. 7 bis 7c strichpunktiert angedeutet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vor oder nach dem Verschweißen des Grundkörperteils 1a mit dem Deckelteil 1b letzteres spanabhebend auf das Maß e in Fig. 7c zu kürzen. Hierdurch ist zwar ein gewisser Materialverlust vorgegeben, jedoch wird der Vorteil erreicht, daß das Grundkörperteil 1a und das Deckelteil 1b wenigstens hohlraumseitig gleich sind und deshalb es jeweils nur einer Vorrichtung zum Herstellen dieser Teile bedarf. Außerdem verringert sich hierdurch die Anzahl unterschiedlicher Teile, wodurch das Herstellungsverfahren insgesamt vereinfacht wird und die Herstellungskosten gesenkt werden können.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 bis 8c, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, unterscheidet sich von den vorgeschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, daß das Deckelteil 1b durch eine Scheibe mit einem zentralen Loch 19, insbesondere einem Durchgangsloch, gebildet ist, das an die Querschnittsgröße des Dornes 7 angepaßt ist, wobei der Dorn 7 sich in das Loch 19 hinein erstreckt und die Umfangswand 6 sich bis zum scheibenförmigen Deckelteil 1b erstreckt. Dabei kann der Dorn 7 im Falle eines Durchgangslochs 19 sich bis zur Stirnseite des Deckelteils 1b erstrecken, wie es Fig. 8c zeigt. Bei dieser Ausgestaltung kann das Deckelteil 1b durch Löten oder Schweißen mit dem Grundkörperteil 1a verbunden werden und zwar z.B. an den Anlageflächen zum einen zwischen dem Deckelteil 1b und der Umfangswand 6 und zum anderen zwischen der Wandung des Loches 19 und der Mantelfläche des Dorns 7. Vorzugsweise sind die Teile durch Laserschweißen miteinander verbunden. Im übrigen läßt sich der Hohlkolben 1 bei diesem Ausführungsbeispiel mit den bereits beschriebenen Verfahrensschritten herstellen. Dabei kann das Deckelteil 1b z.B. durch Sintern einstückig geformt sein, oder es kann spanabhebend bearbeitet sein, insbesondere durch Drehen.
  • Der Hohlkolben 1 kann bei allen Ausführungsbeispielen mit einem nur in Fig. 1 andeutungsweise dargestellten Gleitschuh 22, der durch eine Gelenkverbindung 23 mit dem Hohlkolben 1 verbunden ist, eine Kolbenanordnung 24 bilden, die bei einer Kolbenmaschine mit einer Schrägscheibe zum Verschieben des Hohlkolbens 1 eine axiale Abstützung und einen axialen Antrieb des Hohlkolbens 1 ermöglicht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem das Gelenkteil 4 durch eine Gelenkkugel 5 gebildet ist, weist der Gleitschuh 22 an seiner dem Hohlkolben 1 zugewandten Seite eine halbkugelförmige Gelenkausnehmung 25 auf, deren Ausnehmungsrand 26 über den Äquator 27 der Gelenkausnehmung 25 hinaus verlängert ist und in eine die Gelenkkugel 5 hintergreifende Form bei Gewährleistung eines Bewegungsspiels gebördelt ist. Die der Gelenkausnehmung 25 gegenüberliegende Fläche des Gleitschuhs 22 ist eine vorzugsweise ebene Gleitfläche 28, die zur gelenkbeweglichen Abstützung an der Schrägscheibe dient. Der Gleitschuh 22 besteht aus Metall, z.B. einer Kupfer- oder Messinglegierung wie Bronze, oder aus Stahl. Der Ausnehmungsrand 26 kann kaltgebördelt oder warmgebördelt sein. Dieser Bördelungsvorgang kann vor dem Endbearbeiten der Mantelfläche 18 des Hohlkolbens oder als letzter Bearbeitungsschritt nach dem Endbearbeiten der Mantelfläche 18 des Hohlkolbens 1 erfolgen.
  • Beim Vorhandensein einer koaxial durchgehenden Bohrung 21 im Hohlkolben 1 ist auch im Gleitschuh 22 ein damit in Verbindung stehender Bohrungsabschnitt 21a vorhanden, der an der Gleitfläche 28 ausmündet. Ferner weist der Gleitschuh 22 einen Flansch 29 auf, der einen die Gelenkausnehmung 25 aufweisenden Basisabschnitt 31 radial überragt.
  • Im Rahmen der Erfindung kann die Gelenkverbindung 23 auch dadurch gebildet sein, daß die Gelenkausnehmung 25 mit dem Ausnehmungsrand 26 am Hohlkolben 1 angeordnet sind und sich in Richtung auf den Gleitschuh 22 erstrecken, und der Gleitschuh 22 die Gelenkkugel 5 aufweist, die in der Gelenkausnehmung 25 schwenkbar gelagert ist.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkolbens (1) für eine Kolbenmaschine mit einem geschlossenen Ringhohlraum (9), mit folgenden Verfahrensschritten:
    - Ausbilden eines ersten Kolbenteils (1a) mit einem diametralen Übermaß (x) mit einem Basisabschnitt (3), von dem sich in der einen axialen Richtung ein Gelenkteil (4) oder ein Materialansatz für das Gelenkteil (4) und in der anderen axialen Richtung jeweils einstückig eine den Ringhohlraum (9) außen begrenzende Umfangswand (6) und ein den Ringhohlraum (9) innen begrenzender Dorn (7) erstrecken,
    - Ausbilden eines zweiten Kolbenteils (8) mit einem diametralen Übermaß (x) in Form eines Deckels (8),
    - Verbinden des ersten und des zweiten Kolbenteils (1a, 8), insbesondere durch Reibschweißen,
    - und Endbearbeiten der Mantelfläche (18) des Hohlkolbens (1) oder auch des Gelenkteils (4),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das erste Kolbenteil (1a) mit der Umfangswand (6) oder einem Umfangswandabschnitt (6b) und dem Dorn (7) oder einem Dornabschnitt (7b) und/oder das zweite Kolbenteil (1b) mit einem Umfangswandabschnitt (6a) und einem Dornabschnitt (7a) jeweils durch Sintern gleichzeitig geformt wird bzw. werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Basisabschnitt (3) und der Deckel (8) mit gleich langen Umfangswandabschnitten (6a, 6b) und Dornabschnitten (7a, 7b) ausgebildet werden.
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