EP1336756B1 - Hohlkolben mit Hohlkugelfüllung - Google Patents

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EP1336756B1
EP1336756B1 EP20030001458 EP03001458A EP1336756B1 EP 1336756 B1 EP1336756 B1 EP 1336756B1 EP 20030001458 EP20030001458 EP 20030001458 EP 03001458 A EP03001458 A EP 03001458A EP 1336756 B1 EP1336756 B1 EP 1336756B1
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EP
European Patent Office
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hollow piston
hollow
filling
piston according
spheres
Prior art date
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EP20030001458
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French (fr)
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EP1336756A3 (de
EP1336756A2 (de
Inventor
Bernd Gärtner
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
Original Assignee
Brueninghaus Hydromatik GmbH
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Publication date
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Publication of EP1336756A3 publication Critical patent/EP1336756A3/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122—Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means
    • F04B1/124—Pistons

Definitions

  • the invention relates to a hollow piston for a piston engine, in particular an axial piston machine, according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a hollow piston.
  • a piston for an axial piston machine which is designed as a hollow body, in which an insert used and by means of an outer end surface cross-envelope of the insert surrounding the wall of the hollow body is axially secured.
  • the envelope is formed by pressing in the longer than finally sized wall of the hollow body in a plurality of mutually opposite recesses or in an annular recess of the insert and cutting the piston thus formed approximately in the region of the recesses or the annular recess.
  • the insert is preferably made of aluminum.
  • a disadvantage of the known from DE 39 19 329 A1 piston is that the insert is made of a different material than the hollow body of the piston, so that subsequent In particular, thermal processing steps due to the different thermal expansion are limited feasible. Furthermore, the insert must be made in register to minimize imbalance and dead volume, which places a high demand on the manufacturing process.
  • the different methods of locking the piston such as the envelope in the document mentioned with pressed-in recess or the welding with a lid, often result in large dead volumes.
  • DE 199 29 760 A1 discloses a process for producing metallic, oxidic or ceramic hollow spheres in which starting materials for the cladding layer are applied to moving spherical carrier elements and the green compacts thus produced are subsequently pyrolyzed and sintered.
  • the spherical support elements are set in motion and applied a liquid to pasty binder. Separately, at least one dry, powdered or granular starting material is fed to form the coating layer. Subsequently, the green compacts are sintered substantially in static rest, wherein the material of the support elements is pyrolyzed before completion of the sintering.
  • the invention has for its object to provide a hollow piston, which on the one hand has a reduced mass relative to a mass piston and on the other hand, a high strength and to provide a method for producing such hollow piston.
  • the object is with respect to the hollow piston by the features of claim 1 and with respect to Manufacturing method solved by the features of claim 24.
  • the hollow piston can be designed both in a construction with an integrally formed ball joint and in inverse construction with a ball joint used in a camp.
  • the bearing can be integrally connected to the hollow piston or inserted as a separate component in this.
  • the latter embodiment is particularly advantageous because the hollow piston is thereby produced inexpensively from a simple piece of pipe.
  • a further advantage is that the hollow piston can be left open depending on the An Crumissen at its fillable end or can be provided to reduce the dead volume or increase the stability with a lid.
  • a passage of the hydraulic fluid through a pipe can be realized in a dense ball packing with very low dead volume in a simple manner.
  • FIGS. 1 to 3 are particularly suitable for use in axial piston machines.
  • Such axial piston machine can be carried out, for example, in swash plate design with adjustable displacement and includes in a known manner as essential components a hollow cylindrical housing, a terminal block attached to the housing, a swash plate, a control body, a drive shaft and a cylinder drum.
  • cylinder drum In the cylinder drum cylinder bores are radially distributed evenly.
  • the hollow piston described in more detail in FIGS. 1 and 2 are arranged axially displaceable, with the rod ends of the hollow pistons formed as ball heads in FIGS. 1A to 1C being supported by sliding shoes on the swashplate.
  • the hollow piston can also be embodied in an inverse construction, as shown in FIGS. 2A to 2E, wherein the sliding blocks wear the ball heads formed as joint heads and engage with them in corresponding bearings of the hollow piston.
  • the pistons are designed as a hollow piston and provided with a suitable core, which may be made of aluminum, for example.
  • the core serves on the one hand the weight savings and on the other hand the stabilization of the hollow piston.
  • the disadvantages of such completely or partially filled by a core hollow piston are many. In addition to the increased production costs and the resulting costs, in particular the dead volume, which remains in the production of the piston, the production of a central bore and the closure of the hollow piston with the required process techniques and processing steps of disadvantage.
  • the hollow piston 1 as shown in FIGS. 1 to 3, provided with a hollow ball filling 2 to minimize the hollow space remaining in the hollow piston 1 1 or the dead volume to reduce the mass of the hollow piston 1 with respect to a solid piston and still to achieve a high stability of the hollow piston 1.
  • the hollow ball filling 2 allows the passage of the hydraulic fluid without the need for a hollow piston 1 continuous bore. If the same material as for the hollow piston 1 is used for the hollow sphere filling 2, further processing, for example with heat treatment, is also possible in a simple manner following the filling, since both the hollow piston 1 and the hollow sphere filling 2 are made of the same material and thus subject to the same thermal expansion.
  • the production of the hollow piston 1 with the hollow sphere filling 2 takes place according to the invention in several steps.
  • the hollow piston 1 is produced in a known manner, for example by turning.
  • the individual hollow spheres 4 can be either already sintered or sintered in a further production step in the hollow piston 1 together with this optionally under additional pressure to a solid diffusion bond between the main body the hollow piston 1, the hollow balls 4 and a possibly aufdin cover 5 produce.
  • the individual hollow balls 4 can also be connected by gluing or soldering.
  • the individual hollow balls 4 are, as already described above, z. B. produced by a powder metallurgy process.
  • substrate materials such. B. Styropor® sprayed by spin coating in a continuous stream of hot air with a binder metal powder suspension and then either in the form of individual balls or in a composite heat treated.
  • pyrolysis of the styrofoam core and of the binder or sintering of the metal powder takes place, as a result of which hollow spherical molded bodies or metallic single hollow spheres 4 are formed.
  • the individual hollow balls 4, which are in a simple manner in the hollow piston 1 can be introduced.
  • Typical dimensions of the hollow balls 4 are diameters of about 0.5 mm to 10 mm and wall thicknesses of about 20 microns to 1000 microns.
  • the diameter and the wall thickness of the hollow balls 4 can be chosen freely according to the high pressure requirements.
  • FIGS. 1A to 1C show hollow pistons 1 for a reciprocating machine manufactured according to the above-mentioned method as described above.
  • the hollow piston 1 are designed in a conventional manner, d. H. formed as ball joints rod ends 6 of the hollow piston 1 are based on sliding blocks on the swash plate of the axial piston from.
  • FIG. 1A shows the simplest variant of a hollow piston 1 according to the invention.
  • the hollow piston 1 comprises a main body 7, which has a recess 8 extending over at least part of the axial length of the main body 7.
  • the recess 8 can be produced in a conventional manner by means of cutting or non-cutting methods.
  • the condyle 6 is formed, which has a bore 9 through which flows the hydraulic fluid to the shoe for the purpose of lubrication and hydrostatic discharge.
  • the hollow balls 4 of the hollow sphere filling 2 are now filled into the recess 8 of the hollow piston 1 and, after appropriate compression by means of sintering, soldering or gluing together and connected to the hollow piston 1.
  • the hydraulic fluid flowing through the hollow piston 1 has enough space between the individual hollow spheres 4 to form the sliding shoe to stream.
  • the dead volume of the hollow piston 1 is the sum of all remaining between the hollow balls 4 cavities third
  • Fig. 1A The advantage of the embodiment shown in Fig. 1A is in particular the simple and thus cost manufacturability.
  • a second embodiment of a hollow piston 1 is shown in a conventional construction.
  • a cover 5 is used in this embodiment after filling the hollow piston 1 with hollow balls 4, which closes the hollow piston 1.
  • a bore 10 is formed, which allows the hydraulic fluid to flow into the recess 8 of the hollow piston 1.
  • the hollow piston 1 is sintered. This results in a hollow piston 1 with a very low dead volume, high stability and compared to a solid piston significantly reduced mass.
  • the hydraulic fluid flows as in the previous embodiment through the remaining cavities 3 between the hollow balls 4th
  • FIG. 1C shows a further embodiment of a hollow piston 1 designed according to the invention. Since it may be possible in some situations that due to the too small size of the cavities 3 between the hollow spheres 4, the hydraulic fluid can no longer flow through the hollow piston 1 sufficiently unthrottled,
  • a central through-bore 11 may be provided in a tube 12 inserted in the hollow piston i.
  • the filling of the hollow piston 1 with hollow balls 4 is then carried out accordingly around the tube 8 around.
  • the hollow piston 1 is sintered to the connection between the individual components with each other, the hollow balls 4 with each other and between the hollow balls 4 and to achieve the said components.
  • the tube 12 can optionally pass through the lid 5 through a recess 13 as shown in Fig. 1C or the lid 5 and the tube 12 can be made in one piece with the inclusion of the bore 10.
  • the effective reduction of the dead volume and the high stability of the hollow piston 1 are particularly advantageous.
  • FIGS. 2A to 2E show embodiments for the inverse embodiment of the hollow piston 1, in which formed as ball joints rod ends 6 with sliding shoes 14 which are supported on the swash plate of the axial piston machine, for example, integrally formed and in a bearing 15 in the main body. 7 the hollow piston 1 pivotally engage.
  • the rod ends 6 also have a bore 9 for fluid line.
  • Fig. 2A a simple embodiment is shown, which has the advantage of simple and inexpensive to manufacture.
  • the hollow sphere filling 2 is introduced into the recess 8 of the hollow piston 1.
  • the hollow piston 1 is sintered to produce the required connection between the individual hollow balls 4 and the hollow piston 1.
  • the condyle 6 of the shoe 14 is inserted into the bearing 15.
  • the hydraulic fluid flows around the cavities 3 between the hollow spheres 4.
  • a lid 16 may be sintered, which also has a bore 17 for fluid line having.
  • FIG. 2C A similar simple embodiment as in Fig. 2 A is shown in Fig. 2C, where the bearing 15 is closed against the hollow piston 1.
  • This shape of the hollow piston 1 must also be provided with a bore 17 for fluid conduction into the recess 8 of the hollow piston 1. The filling of the hollow piston 1 is thereby possible from the opposite side with subsequent sintering as in Fig. 1A.
  • FIG. 2D has, analogously to FIG. 1B, a cover 5 with a bore 10, which is used to reduce the dead volume after filling the hollow piston 1 with hollow balls 4 in the hollow piston 1 and then connected by sintering to the hollow piston 1 and the hollow balls 4 becomes.
  • a tube 12 is arranged with a through-bore 11 through which the hydraulic fluid flows to the sliding shoe for the purpose of lubrication and hydrostatic discharge.
  • the hollow balls 4 are again smaller and filled so that they form after sintering with the tube 12, the lid 5 and the hollow piston 1 and one another with each other.
  • FIGS. 3A to 3C show further exemplary embodiments of hollow piston 1 configured in accordance with the invention in an inverse design.
  • the embodiments are to be seen in analogy to the embodiments shown in FIGS. 2C to 2E, wherein in the embodiments described below, the wall of the main body 7 is formed from a piece of pipe and one in Figs. 2C to 2E integral with the main body formed of the hollow piston 1 bearing sleeve 18 is formed as a separate component.
  • the bearing sleeve 18 also has a bore 17.
  • the connection between the main body 7 and the bearing sleeve 18 can be made by sintering as in the other components.
  • Advantage of the separate bearing sleeve is in particular the ease of manufacture of the main body 7 of a piece of pipe, which is particularly inexpensive.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hohlkolben für eine Kolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlkolbens.
  • Die bei Axialkolbenmaschinen früher eingesetzten Massivkolben setzten einem Betrieb bei höheren Drehzahlen Grenzen. Bei höheren Drehzahlen ergeben sich Festigkeitsprobleme für die Zylinder und für die Kolben-Rückhalteeinrichtung aufgrund der hohen auftretenden Flieh- und Massenkräfte sowie thermische Probleme an den Berührungsflächen zwischen Kolben und Zylinder aufgrund der aus den Fliehkräften resultierenden Reibungskräfte. Um Axialkolbenmaschinen mit erhöhter Drehzahl betreiben zu können, werden daher Hohlkolben mit leichten Füllstücken eingesetzt.
  • Beispielsweise ist aus der DE 39 19 329 A1 ein Kolben für eine Axialkolbenmaschine bekannt, welcher als Hohlkörper ausgebildet ist, in den ein Einsatzstück eingesetzt und mittels eines dessen äußere Stirnfläche übergreifenden Umschlags der das Einsatzstück umgebenden Wand des Hohlkörpers axial gesichert ist. Dabei ist der Umschlag durch Einpressen der länger als endgültig bemessenen Wand des Hohlkörpers in mehrere einander gegenüberliegende Ausnehmungen oder in eine Ringausnehmung des Einsatzstückes und Ablängen des so gestalteten Kolbens etwa im Bereich der Ausnehmungen oder der Ringausnehmung gebildet. Das Einsatzstück ist dabei vorzugsweise aus Aluminium hergestellt.
  • Nachteilig an dem aus der DE 39 19 329 A1 bekannten Kolben ist dabei, daß das Einsatzstück aus einem anderen Material als der Hohlkörper des Kolbens besteht, so daß nachfolgende insbesondere thermische Bearbeitungsschritte bedingt durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung nur begrenzt durchführbar sind. Weiterhin muß daß Einsatzstück paßgenau gefertigt sein, um Unwucht und Totvolumen zu minimieren, was eine hohe Anforderung an die Fertigungsverfahren stellt. Die unterschiedlichen Verfahren zum Abschließen des Kolbens wie der in der vorliegenden Druckschrift angeführte Umschlag mit eingepreßter Ausnehmung oder auch das Verschweißen mit einem Deckel lassen oftmals große Totvolumina entstehen.
  • Zwar ist aus der DE 199 29 760 A1 ein Verfahren zur Herstellung metallischer, oxydischer oder keramischer Hohlkugeln bekannt, bei welchem Ausgangsstoffe für die Hüllschicht auf bewegte kugelförmige Trägerelemente aufgebracht und die so hergestellten Grünlinge nachfolgend pyrolisiert und gesintert werden. Dabei werden die kugelförmigen Trägerelemente in Bewegung versetzt und ein flüssiges bis pastöses Bindemittel aufgebracht. Gesondert wird mindestens ein trockener, pulver- oder granulatförmiger Ausgangsstoff zur Ausbildung der Hüllschicht zugeführt. Nachfolgend werden die Grünlinge im wesentlichen in statischer Ruhe gesintert, wobei das Material der Trägerelemente vor Abschluß der Sinterung pyrolisiert wird.
  • Die Verwendung der mittels dem in der DE 199 29 760 A1 beschriebenen Verfahren hergestellten Hohlkugeln zum Befüllen von Hohlkolben für Kolbenmaschinen ist dort jedoch nicht beschrieben und wird durch diese Druckschrift auch nicht angeregt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hohlkolben zu schaffen, welcher einerseits eine gegenüber einem Massivkolben reduzierte Masse und andererseits eine hohe Festigkeit aufweist und ein Verfahren zur Herstellung solcher Hohlkolben anzugeben.
  • Die Aufgabe wird bezüglich des Hohlkolbens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Herstellungsverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 24 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgestalteten Kolbens und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Der Hohlkolben kann sowohl in einer Bauweise mit einer angeformten Gelenkkugel als auch in inverser Bauweise mit einer in ein Lager eingesetzten Gelenkkugel ausgeführt sein.
  • Das Lager kann dabei einstückig mit dem Hohlkolben verbunden oder als separates Bauteil in diesen eingeschoben sein. Letztere Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, weil der Hohlkolben dadurch aus einem einfachen Rohrstück kostengünstig herstellbar ist.
  • Weiterhin ist von Vorteil, daß der Hohlkolben je nach den Anfordernissen an seinem befüllbaren Ende offen gelassen werden kann oder auch zur Verringerung des Totvolumens oder Erhöhung der Stabilität mit einem Deckel versehen sein kann.
  • Auch eine Durchführung des Hydraulikfluids durch ein Rohr kann bei dichter Kugelpackung mit sehr geringem Totvolumen in einfacher Weise realisiert werden.
  • Besonders vorteilhaft ist die einfache Herstellbarkeit durch das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und der Darstellung der sich gegenüber dem Stand der Technik ergebenden Vorteile anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1A-C
    Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Hohlkolben in konventioneller Bauweise;
    Fig. 2A-E
    Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Hohlkolben in inverser Bauweise; und
    Fig. 3A-C
    Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Hohlkolben in inverser Bauweise mit einer Wandung aus einem Rohrstück.
  • Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele von Hohlkolben sind insbesondere zur Anwendung in Axialkolbenmaschinen geeignet. Eine derartige Axialkolbenmaschine kann dabei beispielsweise in Schrägscheibenbauweise mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgeführt sein und umfaßt in bekannter Weise als wesentliche Bauteile ein hohlzylindrisches Gehäuse, einen am Gehäuse befestigten Anschlußblock, eine Schrägscheibe, einen Steuerkörper, eine Triebwelle und eine Zylindertrommel. In der Zylindertrommel sind Zylinderbohrungen radial gleichmäßig verteilt angeordnet. In den Zylinderbohrungen sind die in den Fig. 1 und 2 näher beschriebenen Hohlkolben axial verschiebbar angeordnet, wobei sich die in den Fig. 1A bis 1C als Kugelköpfe ausgebildeten Gelenkköpfe der Hohlkolben über Gleitschuhe an der Schrägscheibe abstützen. Die Hohlkolben können jedoch auch in inverser Bauweise ausgeführt sein, wie in den Fig. 2A bis 2E dargestellt, wobei die Gleitschuhe die als Kugelköpfe ausgebildeten Gelenkköpfe tragen und mit diesen in entsprechende Lager der Hohlkolben eingreifen.
  • Um die Axialkolbenmaschinen mit höherer Drehzahl betreiben zu können, werden die Kolben als Hohlkolben ausgeführt und mit einem geeigneten Kern versehen, welcher beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein kann. Der Kern dient dabei einerseits der Gewichtsersparnis und andererseits der Stabilisierung des Hohlkolbens. Die Nachteile solcher ganz oder teilweise durch einen Kern ausgefüllten Hohlkolben sind vielfältig. Neben dem erhöhten Fertigungsaufwand und den dadurch entstehenden Kosten sind insbesondere das Totvolumen, welches fertigungstechnisch im Kolben verbleibt, die Herstellung einer zentralen Bohrung sowie der Verschluß des Hohlkolbens mit den dazu benötigten Verfahrenstechniken und Bearbeitungsschritten von Nachteil.
  • Erfindungsgemäß wird daher der Hohlkolben 1, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, mit einer Hohlkugelfüllung 2 versehen, um die im Hohlkolben 1 verbleibenden Hohlräume 3 bzw. das Totvolumen zu minimieren, die Masse des Hohlkolbens 1 gegenüber einem Massivkolben zu verringern und trotzdem eine hohe Stabilität des Hohlkolbens 1 zu erreichen. Weiterhin ermöglicht die Hohlkugelfüllung 2 den Durchgang des Hydraulikfluids ohne die Notwendigkeit einer den Hohlkolben 1 durchlaufenden Bohrung. Wird für die Hohlkugelfüllung 2 das gleiche Material wie für den Hohlkolben 1 verwendet, ist außerdem im Anschluß an die Füllung eine Weiterverarbeitung beispielsweise mit Wärmebehandlung in einfacher Weise möglich, da sowohl der Hohlkolben 1 als auch die Hohlkugelfüllung 2 aus dem gleichen Material gefertigt sind und somit gleicher Wärmedehnung unterliegen.
  • Die Herstellung der Hohlkolben 1 mit der Hohlkugelfüllung 2 erfolgt dabei erfindungsgemäß in mehreren Schritten. Zunächst wird der Hohlkolben 1 in bekannter Weise hergestellt, beispielsweise durch Drehen. Danach erfolgt die Befüllung mit der aus einzelnen Hohlkugeln 4 bestehenden Hohlkugelfüllung 2. Die einzelnen Hohlkugeln 4 können dabei entweder bereits gesintert sein oder in einem weiteren Herstellungsschritt in dem Hohlkolben 1 gemeinsam mit diesem gegebenenfalls unter zusätzlichem Druck gesintert werden, um eine feste Diffusionsverbindung zwischen dem Hauptkörper des Hohlkolbens 1, den Hohlkugeln 4 und einem eventuell aufzusetzenden Deckel 5 herzustellen. Alternativ können die einzelnen Hohlkugeln 4 auch durch Kleben oder Verlöten verbunden werden.
  • Die einzelnen Hohlkugeln 4 werden dabei, wie bereits weiter oben beschrieben, z. B. durch ein pulvermetallurgisches Verfahren hergestellt. Hierbei werden Substratmaterialien wie z. B. Styropor® mittels Wirbelbeschichtung in einem kontinuierlichen Warmluftstrom mit einer Binder-Metallpulversuspension besprüht und anschließend entweder in Form von einzelnen Kugeln oder in einem Verbund wärmebehandelt. Dabei findet eine Pyrolyse des Styroporkerns und des Binders bzw. eine Versinterung des Metallpulvers statt, wodurch Hohlkugelformkörper oder metallische Einzel-Hohlkugeln 4 entstehen. Für die Befüllung der Hohlkolben 1 eignen sich insbesondere die Einzel-Hohlkugeln 4, welche in einfacher Weise in die Hohlkolben 1 einbringbar sind.
  • Typische Abmessungen der Hohlkugeln 4 sind dabei Durchmesser von ca. 0,5 mm bis 10 mm und Wandstärken von ca. 20 µm bis 1000 µm. Der Durchmesser und die Wandstärke der Hohlkugeln 4 können dabei gemäß den Hochdruck-Anforderungen frei gewählt werden.
  • Die Fig. 1A bis 1C zeigen gemäß dem oben genannten Verfahren hergestellte Hohlkolben 1 für eine Kolbenmaschine wie oben beschrieben. Die Hohlkolben 1 sind dabei in konventioneller Weise ausgeführt, d. h. als Kugelköpfe ausgebildete Gelenkköpfe 6 der Hohlkolben 1 stützen sich über Gleitschuhe an der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine ab.
  • Das in Fig. 1A dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt dabei die einfachste Variante eines erfindungsgemäßen Hohlkolbens 1. Der Hohlkolben 1 umfaßt einen Hauptkörper 7, welcher eine sich zumindest über einen Teil der axialen Länge des Hauptkörpers 7 erstreckende Ausnehmung 8 aufweist. Die Ausnehmung 8 kann mittels spanender oder nichtspanender Verfahren in gängiger Weise hergestellt werden. Mit dem Hauptkörper 7 ist in der vorliegenden Bauform des Hohlkolbens 1 der Gelenkkopf 6 ausgebildet, welcher eine Bohrung 9 aufweist, durch welche das Hydraulikfluid zum Gleitschuh zum Zwecke der Schmierung und hydrostatischen Entlastung strömt.
  • Die Hohlkugeln 4 der Hohlkugelfüllung 2 werden nun in die Ausnehmung 8 des Hohlkolbens 1 eingefüllt und nach angemessener Verdichtung mittels Sintern, Löten oder Kleben miteinander sowie mit dem Hohlkolben 1 verbunden. Das den Hohlkolben 1 durchfließende Hydraulikfluid findet zwischen den einzelnen Hohlkugeln 4 genügend Raum, um zum Gleitschuh zu strömen. Das Totvolumen des Hohlkolbens 1 ist dabei die Summe aller zwischen den Hohlkugeln 4 verbleibenden Hohlräume 3.
  • Der Vorteil des in Fig. 1A dargestellten Ausführungsbeispiels ist insbesondere die einfache und damit kostengünstige Herstellbarkeit.
  • In Fig. 1B ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hohlkolbens 1 in konventioneller Bauweise dargestellt. Um das Totvolumen weiter zu reduzieren, wird in diesem Ausführungsbeispiel nach Befüllen des Hohlkolbens 1 mit Hohlkugeln 4 ein Deckel 5 eingesetzt, welcher den Hohlkolben 1 abschließt. In dem Deckel 5 ist eine Bohrung 10 ausgebildet, welche dem Hydraulikfluid das Zuströmen in die Ausnehmung 8 des Hohlkolbens 1 ermöglicht. Um sowohl die Verbindung des Deckels 5 mit dem Hohlkolben 1 als auch die Verbindung der Hohlkugeln 4 der Hohlkugelfüllung 2 untereinander sowie mit dem Hohlkolben 1 und dem Deckel 5 zu erreichen, wird der Hohlkolben 1 gesintert. Dadurch ergibt sich ein Hohlkolben 1 mit einem sehr geringen Totvolumen, einer hohen Stabilität und einer gegenüber einem Massivkolben deutlich reduzierten Masse. Das Hydraulikfluid fließt wie im vorigen Ausführungsbeispiel durch die noch vorhandenen Hohlräume 3 zwischen den Hohlkugeln 4.
  • Fig. 1C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Hohlkolbens 1. Da es in manchen Situationen möglich sein kann, daß beispielsweise bedingt durch die zu geringe Größe der Hohlräume 3 zwischen den Hohlkugeln 4 das Hydraulikfluid nicht mehr genügend ungedrosselt durch den Hohlkolben 1 strömen kann, kann eine zentrale Durchgangsbohrung 11 in einem in den Hohlkolben i eingesetzten Rohr 12 vorgesehen sein. Die Befüllung des Hohlkolbens 1 mit Hohlkugeln 4 erfolgt dann dementsprechend um das Rohr 8 herum. Ebenso wie im vorigen Ausführungsbeispiel wird nach der Befüllung und der Montage des Rohrs 12 und des Deckels 5 der Hohlkolben 1 gesintert, um die Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen untereinander, den Hohlkugeln 4 untereinander sowie zwischen den Hohlkugeln 4 und den genannten Bauteilen zu erzielen. Das Rohr 12 kann dabei wahlweise den Deckel 5 durch eine Ausnehmung 13 wie in Fig. 1C dargestellt durchgreifen oder der Deckel 5 und das Rohr 12 können einteilig unter Einbeziehung der Bohrung 10 ausgeführt sein.
  • Vorteilhaft ist bei diesem Ausführungsbeispiel insbesondere die effektive Reduzierung des Totvolumens und die hohe Stabilität des Hohlkolbens 1.
  • Die Fig. 2A bis 2E zeigen Ausführungsbeispiele für die inverse Ausführung der Hohlkolben 1, bei welcher die als Kugelköpfe ausgebildete Gelenkköpfe 6 mit Gleitschuhen 14, welche sich an der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine abstützen, beispielsweise einstückig ausgebildet sind und in ein Lager 15 in dem Hauptkörper 7 des Hohlkolbens 1 schwenkbar eingreifen. Die Gelenkköpfe 6 weisen ebenfalls eine Bohrung 9 zur Fluidleitung auf.
  • In Fig. 2A ist eine einfache Ausführungsform gezeigt, welche den Vorteil der einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit hat. Die Hohlkugelfüllung 2 wird in die Ausnehmung 8 des Hohlkolbens 1 eingebracht. Dann wird der Hohlkolben 1 gesintert, um die erforderliche Verbindung zwischen den einzelnen Hohlkugeln 4 und dem Hohlkolben 1 herzustellen. Abschließend wird der Gelenkkopf 6 des Gleitschuhs 14 in das Lager 15 eingesetzt. Wie in den Ausführungsbeispielen, welche in den Fig. 1A und 1B dargestellt sind, umfließt das Hydraulikfluid die Hohlräume 3 zwischen den Hohlkugeln 4.
  • Um das Totvolumen zu reduzieren bzw. zur Vermeidung möglicher Rückstände in den Hohlräumen 3 bei der Wärmebehandlung, kann auch, wie in Fig. 2B dargestellt, zwischen der Hohlkugelfüllung 2 und dem Gelenkkopf 6 ein Deckel 16 eingesintert sein, welcher ebenfalls eine Bohrung 17 zur Fluidleitung aufweist.
  • Eine ähnlich einfache Ausführungsform wie in Fig. 2 A ist in Fig. 2C dargestellt, wo das Lager 15 gegen den Hohlkolben 1 abgeschlossen ist. Diese Form des Hohlkolbens 1 muß zur Fluidleitung in die Ausnehmung 8 des Hohlkolbens 1 ebenfalls mit einer Bohrung 17 versehen sein. Das Befüllen des Hohlkolbens 1 ist dadurch von der gegenüberliegenden Seite mit anschließendem Sintern wie bei Fig. 1A möglich.
  • Fig. 2D weist analog zu Fig. 1B einen Deckel 5 mit einer Bohrung 10 auf, welcher zur Reduzierung des Totvolumens nach der Befüllung des Hohlkolbens 1 mit Hohlkugeln 4 in den Hohlkolben 1 eingesetzt und anschließend durch Sintern mit dem Hohlkolben 1 und den Hohlkugeln 4 verbunden wird.
  • Ebenso ist in den in Fig. 2E dargestellten Hohlkolben 1 in Analogie zu Fig. 1C ein Rohr 12 mit einer Durchgangsbohrung 11 angeordnet, durch welche das Hydraulikfluid zum Gleitschuh zum Zweck der Schmierung und hydrostatischen Entlastung strömt. Die Hohlkugeln 4 sind wiederum kleiner und so eingefüllt, daß sie nach dem Sintern mit dem Rohr 12, dem Deckel 5 und dem Hohlkolben 1 sowie untereinander einen Verbund bilden.
  • Die Fig. 3A bis 3C zeigen weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß ausgestalteten Hohlkolben 1 in inverser Bauweise. Die Ausführungsbeispiele sind in Analogie zu den in den Fig. 2C bis 2E dargestellten Ausführungsbeispielen zu sehen, wobei in den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen die Wandung des Hauptkörpers 7 aus einem Rohrstück geformt ist und eine in den Fig. 2C bis 2E einteilig mit dem Hauptkörper 7 des Hohlkolbens 1 ausgebildete Lagerhülse 18 als separates Bauteil ausgebildet ist. Die Lagerhülse 18 weist ebenfalls eine Bohrung 17 auf. Die Verbindung zwischen dem Hauptkörper 7 und der Lagerhülse 18 kann wie bei den anderen Bauteilen mittels Sintern hergestellt werden.
  • Vorteil der separaten Lagerhülse ist insbesondere die einfachere Herstellbarkeit des Hauptkörpers 7 aus einem Rohrstück, welche besonders kostengünstig ist.

Claims (27)

  1. Hohlkolben (1) für eine Kolbenmaschine mit einem Hauptkörper (7), in welchem eine Ausnehmung (8) zumindest über einen Teil der axialen Länge des Hauptkörpers (7) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ausnehmung (8) zumindest zu einem Teil mit einer Hohlkugelfüllung (2) gefüllt ist, welche mit dem Hauptkörper (7) mittels Sintern einen Verbund bildet.
  2. Hohlkolben nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Hohlkugelfüllung (2) aus einzelnen schüttfähigen Hohlkugeln (4) besteht.
  3. Hohlkolben nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen den Hohlkugeln (4) nach dem Sintern Hohlräume (3) verbleiben.
  4. Hohlkolben nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein den Hohlkolben (1) durchströmendes Hydraulikfluid die Hohlräume (3) durchströmt.
  5. Hohlkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hohlkolben (1) einen als Kugelkopf ausgebildeten Gelenkkopf (6) aufweist, welcher mit einem Gleitschuh verbindbar ist.
  6. Hohlkolben nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hohlkolben (1) nach der Befüllung an einer dem Gelenkkopf (6) entgegengesetzten Seite offen ist.
  7. Hohlkolben nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hohlkolben (1) nach der Befüllung an einer dem Gelenkkopf (6) entgegengesetzten Seite durch einen Deckel (5) abgeschlossen ist.
  8. Hohlkolben nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Deckel (5) mittels Sintern mit dem Hohlkolben (1) verbunden ist.
  9. Hohlkolben nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Deckel (5) eine Bohrung (10) aufweist.
  10. Hohlkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hohlkolben eine mit diesem einstückig ausgebildete Lagerhülse (15) aufweist, in welches ein mit einem Gleitschuh (14) einstückig ausgebildeter Gelenkkopf (6) einsetzbar ist.
  11. Hohlkolben nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein dem Gelenkkopf (6) zugewandtes Ende des Hohlkolbens (1) offen und ein dem Gelenkkopf abgewandtes Ende des Hohlkolbens (1) abgeschlossen ist.
  12. Hohlkolben nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen der Kugelfüllung (2) und dem Gelenkkopf (6) ein Deckel (16) ausgebildet ist.
  13. Hohlkolben nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Deckel (16) eine Bohrung (17) aufweist.
  14. Hohlkolben nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein dem Gelenkkopf (6) zugewandtes Ende des Hohlkolbens (1) mittels einer einstückig mit dem Hohlkolben ausgebildeten Lagerhülse (18) abgeschlossen und ein dem Gelenkkopf abgewandtes Ende des Hohlkolbens (1) offen ist.
  15. Hohlkolben nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hohlkolben (1) nach der Befüllung an einer dem Gelenkkopf (6) entgegengesetzten Seite durch einen Deckel (5) abgeschlossen ist.
  16. Hohlkolben nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Deckel (5) mittels Sintern mit dem Hohlkolben (1) verbunden ist.
  17. Hohlkolben nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Deckel (5) eine Bohrung (10) aufweist.
  18. Hohlkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Ausnehmung (8) ein Rohr (12) angeordnet ist, welches sich über die axiale Länge der Ausnehmung (8) erstreckt.
  19. Hohlkolben nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in dem Rohr (12) eine Durchgangsbohrung (11) ausgebildet ist.
  20. Hohlkolben nach Anspruch 18 oder 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kugelfüllung (2) das Rohr (12) umgibt.
  21. Hohlkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wandung des Hohlkolbens (1) aus einem einstückigen Rohrstück hergestellt ist.
  22. Hohlkolben nach Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Lagerhülse (18) als separates Bauteil ausgebildet ist.
  23. Hohlkolben nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Lagerhülse (18) in den Hohlkolben eingeschoben und mittels Sintern mit diesem verbunden ist.
  24. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkolbens (1) für eine Kolbenmaschine mit folgenden Verfahrensschritten:
    - Herstellen eines Hauptkörpers (7) des Hohlkolbens (1), in welchem eine Ausnehmung (8) zumindest über einen Teil der axialen Länge des Hohlkolbens (1) ausgebildet ist,
    - Befüllen der Ausnehmung (8) zumindest teilweise mit einer Hohlkugelfüllung (2) aus Hohlkugeln (4) und
    - Sintern des Hohlkolbens (1) mit der Hohlkugelfüllung (2) zur Herstellung eines Verbundes zwischen dem Hauptkörper (7) und der Hohlkugelfüllung (2).
  25. Verfahren nach Anspruch 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ausnehmung (8) mit einzelnen schüttfähigen Hohlkugeln gefüllt wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Hohlkugelfüllung außerhalb der Ausnehmung (8) durch Sintern vorgeformt wird und dann in die Ausnehmung (8) eingesetzt wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein zusätzlicher Verfahrensschritt vor dem Sintern vorgesehen ist, in welchem der Hohlkolben (1) mit einem Deckel (5) versehen wird.
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