JP2014185639A - アキシァルピストン機械用のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】アキシァルピストン機械用のピストンを提供すること。
【解決手段】本発明に係るピストンは、ピストン本体（４）を備えた、アキシァルピストン機械用のピストンに関するものであり、そこにおいて、ピストン本体は耐圧方法で閉じられる空洞を含み、それは、好ましくは、横断面に並べて配置される複数の室（９）に分けられて、それらの間にウェブが残される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アキシァルピストン機械用のピストンに関する。ピストンは、特に、スウォシュプレート設計またはワッブルプレート設計によるアキシァルピストン機械用のピストンであり得る。

周知のアキシァルピストン機械では、一体ピストンが一方で使用されるが、それはより高速での動作を制限する。増大した速度において、強度問題が大きい遠心力によってシリンダーから生じ、そして質量力によって強度問題がピストン保持手段から生じる。さらに、大きい摩擦力が遠心力によって生じるので、熱的問題がピストンとシリンダーの間の接触面で生じことがある。

一体ピストンに代わる別法として、中空ピストンが、アキシァルピストン機械を増大した速度で作動させるために使用される。通常の中空ピストンにおいて、中空ピストン本体は作動シリンダーに向かって開かれた空洞を含む。しかしながら、これは、空洞が、ピストン行程ごとに圧縮されて再び減圧されるデッドスペースを形成するという欠点を有する。油圧油の無視できない圧縮率は、これが効率の低下をもたらすという結果になる。

そのために、ピストン本体に設けられた空洞を耐圧方法で閉じることが、特許文献１、特許文献２、および特許文献３のようなさまざまな文書から分かる。空洞として、環状スペースがそれぞれ設けられ、それは外円筒形スリーブと中心コラムの間に広がる。シリンダースペースに面するそれらの端面に、円筒形外スリーブおよび中心コラムは、ピストンの作動側に向かって環状空洞を閉じるエンドクロージャーを備える。中心コラムにおいて、軸圧力リードスルーが広がり、それはピストンのスリッパの潤滑に役立つ。
米国特許第３３１９５７５号明細書 独国特許出願公開第１９９３４２１７（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第２３６４７２５（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第３６０２６５１（Ａ１）号明細書 独国特許第１９７０６０７５（Ｃ２）号明細書

しかしながら、中心コラムに非常に荷重が掛かるので、ピストンのこの種の設計は、特に、クロージャーを取り付けるために通常用いられる摩擦溶接の間に問題を引き起こすことがある。さらに、押し出しによる環状空洞の製造は高価である。特許文献４から、質量を減らすために設けられる空洞を全体として中空円筒形に設計して、潤滑油供給のための流体供給路をピストンスカート壁に伸ばすことが分かる。しかしながら、これもやはり、ピストン壁の高価な設計を必要として、さらにピストンに関する安定問題を引き起こす。

特許文献５から、同様に、それぞれ未加工の部品として中空円筒形である外管と内管から成るピストンを製作することが分かり、そこでは、外管のためのブランクは、その端部の変形によって内管に支えられて、その結果、環状スペースが入れ替わりにピストン本体に形成される。さらに、スリッパとのボールジョイント連結のためのボールもまた、外管のためのブランクを変形させることによって製作され、それによって輪状の中空スペースもまた、ボールヘッドにおいて得られる。ピストンの十分な安定が確保されない、ピストンのための複雑な製造方法もある。

したがって、本発明の目的は、一体ピストンおよび中空ピストンの利点を結合し、製造が容易であって、十分に安定である、アキシァルピストン機械用のピストンを提供することである。

本発明によれば、この目的は請求項１に記載のピストンによって解決される。

本発明は、耐圧方法で閉じられる空洞をその内部に含むピストン本体を備えたアキシァルピストン機械用のピストンを示す。

本発明によれば、空洞はいくつかの室を含む。室の間にウェブが残されて、それはピストンの安定をもたらす。

室それぞれは、耐圧方法で個々に閉じられるか、または互いに少なくとも部分的に連結されることができる。ただ、室が耐圧方法で閉じられる空洞を共に形成することは、決定的に重要である。

有利なことに、室はピストンの横断面に並べて配置される。

さらに有利なことに、室はピストン本体において軸方向に広がる。同様に、室の間に残されたウェブはしたがって軸方向に広がる。

好ましい実施形態では、室は中空円筒形に形成される。これは室の製造を容易にする。ベース領域は、例えば、円形、インゲンマメ形、多角形、または楕円形であり得る。

特に、室は材料除去方法によって製造することができる。特に好ましくは、室は穴であり得る。特に、穴はピストン本体を軸方向に貫通することができる。

本発明の可能な実施形態では、ピストン本体は、室が組み込まれる一体のベース要素を含むことができる。特に、室はベース要素の作動側端面からその中に広がることができる。

あるいは、ピストン本体はベース部分に連結する中間部分を含むことができる。好ましくは、室は中間部分に配置される。特に好ましい実施形態では、中間部分だけが室を含む。中間部分による室の提供によって、ピストン本体のより安価な製造が可能になる。

中間部分は一体に作られるか、またはいくつかの要素から組み立てられることができる。

中間部分および／または中間部分が作られる要素は、好ましくは、成形法によって少なくとも部分的に作られる。好ましくは、中間部分が作られるすべての要素は成形法によって作られる。

中間部分および／または中間部分が成形法によって作られる要素を製造することは、好ましくは、押出成形、冷間圧延、ピルガリング、鍛造、ロールプロファイリングによってもたらされる。特に好ましくは、押出成形が使用される。

中間部分および／または中間部分が作られる要素は、ＤＭＳＬ（直接金属レーザー焼結）によっても少なくとも部分的に作ることができる。中間部分および／または要素は、粉末状物質から逐点溶融によって三次元的に製造される。

好ましくは、中間部分が作られる要素はＤＭＳＬによって作られる。

中間部分がいくつかの要素から構成されるとき、好ましくは、それらは互いに係合する。係合は半径方向および／または軸方向で達成され得る。

例えば、中間部分は管要素によって形成することができて、その内側に、管要素と共に、それがいくつかの室を形成するように、コア要素は配置される。

好ましくは、コア要素は、いくつかの軸方向または半径方向に分布した領域で管要素の内面と接触する。特に、コア要素は、管要素の内面と接触するいくつかのウェブを含むことができる。

好ましくは、ウェブは長手方向のウェブである。さらに、コア要素は、好ましくは、長手方向に均一のプロフィールを有する要素である。

あるいは、プロフィール要素もまたウェブを軸方向に含むことができる。この場合に、プロフィール要素は、好ましくは、軸方向においていくつかの要素から成る。

さらに、半径構造と軸構造の組み合わせもまた可能である。

有利なことに、ベース部分が中間部分のベース部分との接触面に向かって開かれた室を閉じるように、中間部分はベース部分と連結している。

ベース部分はスリッパとともに連結要素として役立つことができる。特に、ベース部分はボールジョイントの半分を形成することができる。

ピストン本体の製造に関係なく、室は、最初はその製造の間ピストンの作動面に向かって開かれることができる。

有利なことに、室は、１つ以上の閉鎖要素によってピストンの作動面に向かって閉じられる。

第１の実施形態では、室は、別々の閉鎖要素によって個別にそれぞれ閉じることができる。例えば、閉鎖要素は、室の作動側端に確実に圧入されないプラグであり得る。あるいは、これは、これらの端にねじ込まれるねじ要素であり得る。

この実施形態では、シリンダースペースに面するピストンの作動面は、ベース要素の端面によって、そしてこの端面に挿入された閉鎖要素によって形成される。

第２の実施形態では、室は共通の閉鎖要素によって閉じることができる。特に、閉鎖要素はピストンの作動面を形成するエンドキャップであり得る。

この実施形態では、ベース要素とエンドキャップの間の連結面は、したがって、ピストンのスカート面と交差する面上にあり、それは作動面から引っ込んだピストン中に広がる。

好ましい実施形態では、室はエンドキャップの中に伸び、そして／またはその中に少なくとも部分的に配置されることができる。

エンドキャップは、確実な連結によって、不確実な連結によって、そして／または粘着性連結によって、例えば溶接によってベース要素と連結することができる。

本発明によれば、耐圧方法で閉じられるピストン本体の空洞は少なくとも２つの室を含む。好ましくは、しかしながら、空洞は、３つより多い、さらに好ましくは、４つより多い室を含む。

室の数は、最初は、上下限に制約されない。好ましくは、しかしながら、空洞は、２０より少ない、さらに好ましくは、１０より少ないこの種の室を含む。

特に、空洞は、５〜８、そして特に６つの室を含むことができる。

有利なことに、室は、既に上記したように、ピストン本体のベース要素に組み込まれる。第１の設計では、ベース要素は一体に作られる。その結果、室の間を伸びるウェブはベース要素の材料から同じように作られる。

室は耐圧方法で互いから分離される必要が必ずしもないが、例えば、それの領域でエンドキャップを介して互いに連結することができる。ただ、室が耐圧方法で外側に対して閉じられ、その結果、アキシァルピストン機械の作動中、それらは油圧油で満たされるデッドスペースを形成しないことは、決定的に重要である。

好ましい実施形態では、室はピストン本体の中間コラムの周りに配置されることができる。代わりに、または加えて、室の配置はピストン本体の中間軸に対称的に行われることができる。特に、室はピストン本体の中間軸を環状に囲むことができる。

ウェブが室の輪状配置内で室の間に残り、それは半径方向そして軸方向に広がるので、ピストンはかなり安定する。

本発明の一実施形態では、ピストン本体は圧力チャンネルによって軸方向に横行する。この圧力チャンネルはピストンの作動側からディスク側まで通じて、特に、スリッパの潤滑および／または圧力除去に役立つことができる。好ましい実施形態では、この圧力チャンネルはピストン本体の中間コラム内で広がり、その周りに室は配置される。

本発明によるピストンは、好ましくは、スリッパピストンであり、そこでは、スリッパはボールジョイントによってピストン本体に連結する。

特に、ピストン本体は、スリッパの部分的に球形の部分が嵌入する半球カットアウトを含むことができる。上記の圧力チャンネルは半球カットアウトで終わることができる。好ましくは、スリッパは、ピストン本体において圧力チャンネルの延長として役立つ圧力チャンネルを同じように含む。

代替の設計では、スリッパもまた、部分的に球形の部分が嵌入する半球カットアウトを含むことができて、それはピストン本体の後端に配置される。この場合に、圧力チャンネルは、有利なことに、ピストン本体の部分的に球形の部分で終わり、そしてさらに有利なことに、スリッパの圧力チャンネルによって延長され、それは半球カットアウトで始まる。

本発明はさらに、上述のように、１つ以上のピストンを備えたアキシァルピストン機械を含む。アキシァルピストン機械は油圧ポンプおよび油圧モーターの両方であり得る。好ましくは、アキシァルピストン機械はスウォシュプレート機械またはワッブルプレート機械である。さらに好ましくは、アキシァルピストン機械の押しのけ容積は調整可能である。

スウォシュプレート設計のアキシァルピストン機械では、スウォシュプレートおよび制御ディスクはハウジングに連結される、すなわち、それらはそれとともに回転することができない一方で、シリンダーブロックは駆動軸とともに回転する。ワッブルプレート機械では、他方では、ピストンはハウジング内に固定されたシリンダーブロックに取り付けられる一方で、ワッブルプレートおよび制御ディスクは回転する駆動軸に連結している。調整可能な機械では、スウォシュプレートまたはワッブルプレートはハウジングまたは駆動軸に枢着される。

いずれにしても、シリンダー容積から見て外方に向くピストンの端はスウォシュまたはワッブルプレート上を摺動している。特に、これは、ピストンのこの端がボールジョイントによってピストン本体に連結するスリッパとして設計されることによって達成され得る。

本発明によるピストンおよびアキシァルピストン機械に加えて、本発明はさらに、上述のように、本発明に従ってピストンを製造する方法を含む。本発明による方法の第１の好ましい実施形態では、室は材料除去方法によって製造される。

特に、室はピストンの作動面の側からベース要素に組み込むことができる。

特に好ましくは、室は穿孔によって作られる。

あるいは、室を含むピストンの部分、特にピストンの中間部分もまた、成形方法によって作られ、特に押出成形されるか、または鍛造されることができる。好ましくは、そのとき中間部分はベース部分に連結している。

さらに、ピストンは、室が配置される中間部分をベース部分に連結することによって製造することができる。好ましくは、中間部分は一体に作られるか、またはいくつかの要素から組み立てられることができる。

さらに、ピストンの圧力チャンネルもまた、材料除去方法、特に穿孔によって製造することができる。

上述のように、ピストン本体の、特にベース要素の室は、好ましくは、１つ以上の閉鎖要素で閉じられる。

好ましくは、ピストンの製造は、ピストン自体に関して既に上述したように達成される。

本発明は、これから、例示的な実施形態および図面を参照して詳細に説明される。

本発明によるアキシァルピストン機械の例示的実施形態を示す図 本発明によるピストン本体の第１の例示的実施形態を通る軸方向の断面図（そこでは室は材料除去方法によって作られる。） 本発明によるピストンを通る軸方向の断面図（そこでは図２ａに示すピストン本体はスリッパによって完成した。） 図２ｂに示すようにピストン本体の第１の例示的実施形態を通る半径方向の断面図 本発明によるピストンの第２の例示的実施形態を通る軸方向の断面図（そこでは室は、材料除去方法によって作られた中間部分に配置される。） 本発明によるピストンを通る軸方向の断面図（そこでは図３ａに示すピストン本体はスリッパによって完成した。） 図３ａに示すようにピストン本体の第２の例示的実施形態の可能な設計を通る半径方向の３つの断面図 本発明によるピストンの第３の例示的実施形態の斜視図（そこでは各室は閉鎖要素によって別々に閉じられる。） 図４ａに示す第３の例示的実施形態を通る軸方向の断面図 図４ａに示す第３の例示的実施形態を通る半径方向の断面図

図１は、本発明によるアキシァルピストン機械の例示的実施形態を示し、そこでは本発明によるピストンが使用される。

例示的実施形態は、シリンダーブロック５が駆動軸１に回転不可能に連結するスウォシュプレート機械に関する。スウォシュプレート２はハウジング７に回転不可能に連結する、すなわち、それはハウジング７とともに回転することができない。例示的実施形態が調整可能な機械に関連しているので、それはハウジングに枢支される。ピストン４はスウォシュプレート２で支えられる。制御ディスク６は同じようにハウジング７に回転不可能に連結し、そして圧力管路８に連結している。

駆動軸１およびそれとともにシリンダーブロック５が回転するとき、ピストンはストローク運動を行う。制御ディスク６の制御開口部の対応する設計によって、それらは高圧側と低圧側に交互に連結する。十分な油圧を低圧側に加えることによって、または締め具を取り付けることによって、ピストンがスウォシュプレートに常に支えられていることが確保される。この種のアキシァルピストン機械は、油圧モーターとして、そして油圧ポンプとしても同様に使用可能である。

例示的実施形態では、ピストンはスリッパ３を含み、スリッパ３はボールジョイントによってピストンのピストン本体４に連結して、スリッパ３によってピストンはスウォシュプレート上を摺動する。

ピストンの３つの例示的実施形態が図１に示すアキシァルピストン機械で使用されるので、図２〜４にそれらは示される。ピストン本体４は、耐圧方法で閉じられる複数の室９をそれぞれ含み、それはデッドスペースを生成せずにピストン本体の重量を減らす。横断面に、すなわち、ピストンの長手方向軸に対して垂直である面に、室９は並んで配置される。したがって、ウェブは個々の室の間に残り、それはピストン本体を安定させる。

図２の第１の例示的実施形態では、室はピストン本体の作動側から材料除去方法によってピストン本体の一体ベース要素２４に組み込まれる。室の間に残るウェブは、したがって、ピストン本体の材料で同じように作られる。ピストン本体は、好ましくは、鋼鉄で作られる。

例示的実施形態では、室は、それぞれ、円形ベース領域を備えた中空円筒穴であり、それはピストン本体で軸方向に伸びる。特に図２ｃから分かるように、穴９はピストン本体の中央カラムの周りに配置され、それは、上に述べたように、室の間に残るウェブによってシリンダー本体の外周に連結したままである。例示的実施形態では、６つの室が設けられ、それは中央コラムの周りに中央軸に対して対称的に環状に集められる。

他方で、図３に示される第２の例示的実施形態では、室は成形によって作られる。軸方向に、ピストン４は、成形方法、特に押出成形、冷間圧延によって作られ、ピルガリングによって製造され、圧延形材として鍛造または製造される中間部分２４を含む。

図３ｃは、円筒を含み、そして有利なことに押出成形される中間部分を通る３つの例示的断面図を示す。図に示すように、室のベース領域は、例えば、円形、インゲンマメ形、または楕円形であり得る。中間部分２４は一体に設計される。

あるいは、中間部分２４はマルチパート設計も有することができ、そこでは、いくつかの要素（それらから中間部分は組み立てられる）は、軸方向に（例えば、管内のＴ字形部品）、または半径方向に（長手方向プロファイリングのためのより大きいスペース）、または同時に両方向に互いに嵌合することができる。

成形によって形成される構造は、放射状構造、中軸構造、または放射状構造と中軸構造の組み合わせであり得る。

ピストンの作動側から見て外方に向くその端面２３で、中間部分２４は、ボールジョイントによるスリッパ３への継ぎ目に役立つベース部分２５に連結している。ベース部分２５は、好ましくは、一体に作られて、さらに有利なことに、閉じた空洞を含まない。

製造と無関係に、本発明によるピストンは例示的実施形態にスリッパを含み、そこでは、スリッパ３に配置されるボールヘッドは、シリンダー本体の後側で半球カットアウト１４内に装着される。

中央カラムの中を通って、圧力チャンネル１１は伸び、それは、圧力ピストンの作動面を貫通する開口部１２から、スリッパのベアリングの領域に配置されて、スリッパの圧力チャンネル１５に続いている開口部１３まで伸びる。スリッパの圧力チャンネル１５は摺動面側開口部１６で終わり、その結果、摺動面は圧力チャンネルを経由してシリンダー室に連結して、それ故に油圧的に解放される。

圧力チャンネル１１は、穴によってシリンダー本体４に同じように組み込まれることができる。図３に示す例示的実施形態では、圧力チャンネルは、少なくとも中間部分２４の領域の室９と共に成形プロセスによって製造することができる。

図２および３に示す２つの例示的実施形態は、室９の閉鎖に関して図４に示す第３の例示的実施形態と異なる。

図２および３に示す例示的実施形態では、エンドキャップ１０が設けられ、それは、例えば溶接によってベース要素２１の端面端２０または中間部分２４の端面端２２に施される。エンドキャップ１０はピストンの全作動面を形成して、共通の閉鎖要素として全ての室９を閉じる。閉鎖キャップ１０の中央を貫通して、圧力チャンネル１１は案内される。例示的実施形態では、室９は、重量をさらに減らすために、エンドキャップ１０の中まで広がる。

図４に示す例示的実施形態では、他方で、室９は、室９の端面端に圧入されるプラグ１７によって個別に閉じられる。図４ａに示すように、作動面は、したがって、ベース要素または中間部分の端面端によって、そしてこのベース要素または中間部分に配置されたプラグによって形成される。圧入されるプラグの代わりに、例えば、ねじ要素も用いられる。

１ 駆動軸
２ スウォシュプレート
３ スリッパ
４ ピストン
５ シリンダーブロック
６ 制御ディスク
７ ハウジング
８ 圧力管路
９ 室
１０ エンドキャップ
１１ 圧力チャンネル
１２ 開口部
１３ 開口部
１４ 半球カットアウト
１５ 圧力チャンネル
１６ 摺動面側開口部
１７ プラグ
２０ 端面端
２１ ベース要素
２２ 端面端
２３ 端面
２４ 中間部分
２５ ベース部分

Claims (15)

1. その内部に耐圧方法で閉じられる空洞を含むピストン本体（４）を備えたアキシァルピストン機械用のピストンであって、前記空洞はいくつかの室（９）に分けられて、それらの間にウェブが残されていることを特徴とするピストン。
2. 前記室（９）が前記ピストン本体（４）の横断面に並んで配置され、そして／または前記ピストン本体（４）内で軸方向に広がる請求項１に記載のピストン。
3. 前記室（９）が中空円筒形に形成される請求項１または２に記載のピストン。
4. 前記室（９）が材料除去方法によって製造可能であり、そこでは、前記室（９）は、有利なことに、穴であり、そして／または、そこでは、前記ピストン本体（４）が、前記室（９）が組み込まれる一体のベース要素を含み、そこでは、前記室は、有利なことに、１つ以上の閉鎖要素（１０、１７）によって該ピストンの作動面に対して閉じられる請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン。
5. 前記ピストン本体がベース部分に連結する中間部分を含み、そこでは、前記室が、有利なことに、前記中間部分に配置され、そして／または、そこでは、前記中間部分および／または前記中間部分が作られる要素が、成形プロセスによって、そして／またはＤＭＬＳによって少なくとも部分的に製造され、そして／または、そこでは、前記中間部分は一体に作られるか、またはいくつかの要素から成る請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン。
6. 前記室（９）それぞれが、別々の閉鎖要素（１７）によって個別に閉じられ、そこでは、前記閉鎖要素は、有利なことに、プラグまたはねじ要素である請求項１〜５のいずれか一項に記載のピストン。
7. 前記室（９）が共通の閉鎖要素（１０）によって閉じられ、そこでは、前記閉鎖要素は、有利なことに、該ピストンの前記作動面を形成するエンドキャップであり、そこでは、前記室は、有利なことに、前記エンドキャップの中に伸び、そして／またはそこに少なくとも部分的に配置される請求項１〜６のいずれか一項に記載のピストン。
8. 前記室（９）が前記ピストン本体の中央コラムの周りに配置され、そして／または、そこでは、前記室の配置が前記ピストン本体の中心軸と対称または非対称である請求項１〜７のいずれか一項に記載のピストン。
9. 前記ピストン本体が圧力チャンネル（１１）によって軸方向に横断され、そこでは、前記圧力チャンネルは、有利なことに、前記中央コラムの中に伸びる請求項１〜８のいずれか一項に記載のピストン。
10. ボールジョイントによって前記ピストン本体（４）に連結するスリッパ（３）を備え、そこでは、前記ピストン本体（４）は、有利なことに、前記スリッパ（３）の部分的に球形の部分が嵌入する半球カットアウト（１４）を含み、そこでは、前記圧力チャンネル（１１）が、有利なことに、前記半球カットアウトで終わり、そして／または、そこでは、前記スリッパは圧力チャンネル（１５）を同じように含む請求項１〜９のいずれか一項に記載のピストン。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の１つ以上のピストンを備えたアキシァルピストン機械。
12. 前記室（９）が材料除去または材料成形方法によって作られ、そこでは、前記室（９）は、有利なことに、前記ピストンの前記作動面の側からベース要素に組み込まれ、そして／または、そこでは、前記室（９）は穿孔によって作られる請求項１〜１０のいずれか一項に記載のピストンを製造する方法。
13. 前記ピストンの一部が前記室を備え、特に前記ピストンの中間部分が成形方法によって作られ、特に押出成形されるかまたは鍛造される請求項１〜１０のいずれか一項に記載のピストンを製造する方法。
14. 前記ピストンが、前記室が配置される中間部分をベース部分に連結することによって作られ、そこでは、前記中間部分は一体に作られるか、またはいくつかの要素から組み立てられる請求項１〜１０のいずれか一項に記載のピストンを製造する方法。
15. 前記ピストンの圧力チャンネル（１１）が、材料除去方法によって、特に穿孔によって同じように作られる請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。

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