WO1998036156A1 - Kolben für eine hydrostatische maschine - Google Patents

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WO1998036156A1
WO1998036156A1 PCT/EP1998/000551 EP9800551W WO9836156A1 WO 1998036156 A1 WO1998036156 A1 WO 1998036156A1 EP 9800551 W EP9800551 W EP 9800551W WO 9836156 A1 WO9836156 A1 WO 9836156A1
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outer tube
piston
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region
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PCT/EP1998/000551
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English (en)
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Inventor
Josef Beck
Original Assignee
Brueninghaus Hydromatik Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0082—Details
    • F01B3/0085—Pistons
    • 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 piston for a hydrostatic machine, in particular an axial piston machine, and a method for producing such a piston.
  • the solid pistons usually used in axial piston machines set limits for operation at higher speeds. At higher speeds, there are strength problems for the cylinders due to the large centrifugal forces and for the piston retention device due to the large inertial forces, and thermal problems at the contact surfaces between the pistons and cylinders due to the frictional forces resulting from the centrifugal forces. Hollow pistons are therefore used to operate axial piston machines at increased speed.
  • Hollow pistons are already known in various designs and are usually manufactured using a machining process. Designs with a cavity open towards the working cylinder have the disadvantage that the cavity is filled with pressurized fluid with each piston stroke. As a result, this volume range is compressed and relaxed again with each piston stroke, which leads to a deterioration in the efficiency. It is therefore advantageous to close off the hollow space of the hollow pistons.
  • Such hollow pistons are e.g. known from DE-OS 23 64 725. Hollow pistons manufactured by means of electron beam or laser welding go e.g. from DE 36 02 651 AI and US 33 19 575.
  • Pistons to be revised in a further machining step and the Central bore for the supply of the pressure fluid to the pressure pockets with the
  • the invention is therefore based on a piston manufactured from a tubular blank according to the preamble of claim 1, which is known from DE 34 06 782 C2.
  • the process for producing these pistons is relatively inexpensive because it is machining
  • the invention has for its object to provide a hollow piston for a hydrostatic machine with at least one closed cavity, which is particularly simple to provide, and to provide a method for producing such a hollow piston, which manages with cost-saving manufacturing steps and low material requirements.
  • the object is achieved with regard to the piston according to the invention by the characterizing features of claim 1 in conjunction with the generic features and with regard to the manufacturing process by the features of claim 7.
  • the invention is based on the knowledge that the known deformation method for forming a piston from a tubular blank for producing a hollow piston can be further developed, in which a second tubular blank is used, which is inserted as an inner tube into the first blank, which acts as an outer tube, before the deformation becomes.
  • the outer tube is then deformed until it bears against the inner tube at least in the end regions. Through further deformation, a trough or a shoulder is formed in the inner tube, which causes the inner tube to be axially fixed to the outer tube.
  • the piston can be produced in a circular kneading process without any machining production step. This manufacturing process is particularly cost-saving, especially for the series production of large quantities. In addition, in contrast to a machining production process, there is particularly good material utilization, which is particularly important when using relatively expensive alloys. The introduction of a central bore for the supply of the pressure fluid to the sliding shoes is not necessary due to the use of the tubular inner blank. Another advantage is that a relatively inexpensive material can be used for the inner tube, since it is subject to lower loads than the outer tube. This can save further manufacturing costs.
  • a further cavity according to claim 2 can also be formed particularly advantageously in the region of the ball joint part between the inner tube and the outer tube.
  • the outer tube can lie flush with the inner tube in the region of the neck part connecting the ball joint part to the shaft part.
  • the outer tube defines the deformation diameter of the neck part.
  • the inner tube may have a trough and / or a shoulder at the ball head end and / or at the shaft end, but also in the region of the neck part, which is formed during the deformation of the outer tube and the inner tube, so that the outer tube in this area is tight on the inner tube. In this way, an axial fixation of the inner tube in the outer tube is achieved.
  • the opening cross section of the inner tube can be narrowed to such an extent that a flow restrictor arises.
  • the opening cross section of the flow restrictor can be adjusted by the deformation of the inner tube.
  • Claims 8 to 12 contain advantageous developments of the manufacturing method according to the invention.
  • the outer tube can be deformed so that it also abuts the inner tube in the region of the neck part. This further improves the strength and rigidity of the piston according to the invention.
  • the inner tube when the inner tube is deformed, it can advantageously be deformed to such an extent that a flow restrictor with a predeterminable opening cross section is formed in the region of the trough and / or shoulder serving for axial fixation.
  • the opening cross section of the flow restrictor can be determined in accordance with claim 11 in that a fixing body is inserted into the inner tube before it is deformed and is removed again after the inner tube has been deformed.
  • 1A is an axial longitudinal section through the blank of the outer tube for producing the piston according to the invention
  • 1B shows an axial longitudinal section through the blank of the inner tube
  • IC is an axial longitudinal section through the piston according to the invention after the deformation of the outer and inner tube
  • FIG. 1D shows an axial longitudinal section through the piston according to the invention in its
  • Fig. 2 shows an axial longitudinal section through an axial piston machine, in which the piston according to the invention can be used.
  • an axial piston machine in which the hollow pistons according to the invention are used is first described by way of example with reference to FIG. 2.
  • the invention is not limited to axial piston machines. Rather, the hollow pistons according to the invention can be used in different piston machines.
  • the axial piston machine 1 shown in FIG. 2 is not equipped with conventional, but conventional hollow pistons.
  • the axial piston machine 1 shown in FIG. 2 is designed in a swashplate construction with an adjustable displacement volume and comprises in a known manner as essential components a hollow cylindrical housing 2, a connection block 3 fastened to the housing 1, a swashplate 4, a control body 5, a drive shaft 6 and a cylinder drum 7, in which the cylinder bores 8, 9 are arranged radially evenly distributed.
  • the hollow pistons 10, 11 are arranged displaceably in the cylinder bores 8, 9, the spherical joint parts of the hollow pistons 10, 11, which are designed as spherical heads 12, 13 in the exemplary embodiment, being supported on the swash plate 4 via sliding shoes 14, 15.
  • the control body 5 is fastened to the inner surface of the connection block 3 facing the housing interior and is provided with two through openings in the form of kidney-shaped control slots 19, 20 which are connected via a pressure channel 21 or suction channel 22 in the connection block 3 to a pressure (not shown). or suction line are connected.
  • the spherical control surface of the control body 5 facing the housing interior serves as a bearing surface for the cylinder drum 7.
  • the drive shaft 6 protrudes through a through hole in the housing end wall 23 into the housing 2 and is rotatably supported by means of a bearing 24 in this through hole and by means of a further bearing 25 in the connection block 3.
  • the cylinder drum 7 is non-rotatably connected to the drive shaft 6 by means of a keyway connection 26.
  • the cylinder bores are provided with outlet channels 27, 28 which open out on the same pitch circle as the control slots 19, 20 of the control body 5.
  • a bushing 29, 30 is inserted into each of the cylinder bores 8, 9.
  • Each slide shoe 14, 15 is provided on its slide surface facing the slide plate 31 of the swash plate 4, each with a pressure pocket, not shown, which has a through bore 32, 33 in the slide shoe 14, 15 on a stepped, axial through-channel 34, 35 in the associated piston 10 , 11 and is connected in this way to the working space of the cylinder defined by the piston 10, 11 in the cylinder bore 8, 9.
  • the present invention relates to a further development on the hollow pistons 10, 11.
  • FIGS. 1A and 1B show the two tubular blanks 40 and 41 for the one shown in FIG. IC in an intermediate state and in FIG. 1D in its finished state Hollow pistons 10 'and 10 according to the invention.
  • FIGS. 1A and 1B each show an axial section through the blanks 40 and 41, while FIGS. IC and ID show an axial section
  • FIG. 1A Show section through the entire hollow piston 10 according to the invention.
  • the hollow cylindrical blank 40 shown in FIG. 1A with a uniform wall thickness forms the outer tube 40 'of the hollow piston 10 according to the invention, while the hollow cylindrical one
  • Blank 41 which also has a uniform wall thickness, forms the inner tube 41 'of the hollow piston 10 according to the invention.
  • the blank 41 of the inner tube 41 ' is inserted into the blank 40 of the outer tube 40' and then the blank 40 of the outer tube 40 'is deformed such that the shaft part 42 is shown in the manner shown in FIG the ball joint part 43 and the neck part 44 connecting the ball joint part 43 to the shaft part 42 are formed.
  • This is preferably done by rolling or kneading the blank 41 in a die which defines the outer contour of the hollow piston in the intermediate state shown in FIG. IC.
  • the blanks 40 and 41 are preferably deformed in the cold state.
  • the shaft part 42 has a cylinder surface 45 which allocates the running surface of the piston 10 according to the invention.
  • the spherical surface 46 is formed for the ball joint part 43.
  • the ball joint part 43 is preferably a ball head corresponding to the exemplary embodiment shown in FIGS. IC and ID, which cooperates with a spherical recess formed in the sliding shoes 14, 15.
  • the ball joint part 43 of the hollow piston 10 is designed as a spherical recess and interacts with a corresponding ball head of the associated slide shoe 14 or 15.
  • the blank 40 forming the outer tube 40 ' is deformed, the blank 40 is first deformed to such an extent that the outer tube 40' is brought into contact with the inner tube 41 'at the end 47 on the ball joint part and on the end 48 on the shaft side.
  • the outer tube 40 ' is further deformed in the area of the neck part 44 so that the outer tube 40' is flush with the inner tube 41 'there.
  • the diameter of the neck part 44 is then determined by the outer diameter of the inner tube 41 ' and the wall thickness of the outer tube 40 'is predetermined.
  • the outer tube 40 'in the ball joint end region 47 and the shaft part end region 48 is deformed even further with a radially inward deformation force, so that the
  • Inner tube 41 ' is pressed inwards.
  • a trough 49 of the inner tube is formed on the end 47 on the ball joint part
  • the outer tube 40 'and the inner tube 41' are plastically deformed in this area in such a way that the outer tube 40 'lies closely against the inner tube 41' in the region of the depression 49 and the shoulder 50. In this way, a fixation of the inner tube 41 'to the outer tube 40' is achieved.
  • Fixation between the inner tube 41 'and the outer tube 40' is created.
  • the outer diameter of the inner tube 41 'and the inner diameter of the outer tube 40' are matched to one another such that an annular cavity 51 is created at least in the region of the shaft part 42.
  • a further annular cavity 52 is also created in the region of the ball joint part 43 between the inner tube 41 'and the outer tube 40'.
  • the two cavities 51 and 52 are hermetically sealed to the outside by kneading the outer tube 40 'with the inner tube 41' at the ball joint part end region 42 and the shaft part end region 48 and preferably sealed liquid-tight, so that the penetration of pressure fluid into these pipes 41 and 42 prevents becomes.
  • the inner tube 41 'and the outer tube 40' can also be welded together.
  • the cavities 51 and 52 bring about a considerable reduction in weight of the hollow piston 10 according to the invention compared to conventional pistons in solid construction, so that the centrifugal forces and inertial forces exerted by the pistons 10 are considerably reduced.
  • a further weight reduction can be achieved in that the inner tube 41 'is made of a material with a low specific weight, for example aluminum. This is possible because the inner tube 41 'is exposed to a considerably lower mechanical load than the outer tube 40'.
  • it is too possible to use an inexpensive material of lower quality for the inner tube 41 ' so that the manufacturing costs for the hollow piston 10 according to the invention are further reduced.
  • the trough 49 formed on the inner tube 41 'and the shoulder 50 also act as a flow restrictor, so that the pressure fluid flowing into the pressure pockets of the sliding shoes 14, 15 via the interior 55 of the inner tube 41' is throttled.
  • the desired opening cross section of the flow restrictors 53 and 54 can be adjusted via the deformation of the inner tube 41 'in the region of the depression 49 and the shoulder 50.
  • the opening cross section of the flow restrictors 53 and 54 can be varied either by using different matrices or different radial contact forces.
  • a not shown, e.g. hollow cylindrical or cylindrical fixing bodies are introduced into the inner tube 41 'in the region of the depression 49 and / or the shoulder 50, which defines the remaining opening cross section when the inner tube 41' is deformed. After the inner tube 41 'has been deformed, the fixing body can be removed.
  • the trough 49 creates the likewise desired trumpet-shaped opening 56 at the mouth of the interior 55 of the inner tube 41 'on the side of the ball joint part.
  • This trumpet-shaped opening 46 cooperates with a corresponding trumpet-shaped opening in the associated slide shoe 14, 15, so that the pressure fluid connection between the hollow piston 10 and the slide shoes 14, 15 is ensured in any angular position of the hollow piston 10.
  • ID shows the hollow piston 10 according to the invention in its finished state.
  • the hollow piston 10 according to the invention was preferably subjected to a machining step along the dash-dotted contour line 57 in FIG. IC in order to obtain the hollow piston 10 according to the invention in the desired final contour.
  • this finishing step can, however, also be omitted or only limited to machining the running surfaces 45, for example by grinding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (10) für eine hydrostatische Maschine (1) und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Bei einem gattungsgemäßen Herstellungsverfahren wird der Kolben (10) zu einem Schaftteil (42) und einem über ein Halsteil (44) mit dem Schaftteil (42) verbundenes Kugelgelenkteil (46) aus einem Rohling (40) ausgeformt. Entsprechend der erfindungsgemäßen Weiterbildung wird in den Rohling (40) des Außenrohres (40') vor dessen Verformung ein weiterer Rohling (41) für ein Innenrohr (41') eingeführt. Nach der Verformung der beiden Rohlinge (40, 41) entsteht ein Hohlkolben (10) mit einem oder mehreren Hohlräumen (51, 52) zwischen dem Innenrohr (41') und dem Außenrohr (40').

Description

Kolben für eine hydrostatische Maschine
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine hydrostatische Maschine, insbesondere eine Axialkolben maschine, und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kolbens.
Die bei Axialkolben maschinen üblicherweise eingesetzten Massivkolben setzen einem Betrieb mit höheren Drehzahlen Grenzen. Bei erhöhten Drehzahlen ergeben sich Festigkeitsprobleme für die Zylinder aufgrund der großen Fliehkräfte und für die Kolben- Rückhalteeinrichtung aufgrund der großen Massenkräfte sowie thermische Probleme an den Berührungsflächen zwischen Kolben und Zylindern aufgrund der aus den Fliehkräften resultierenden Reibungskräfte. Um Axialkolbenmaschinen mit erhöhter Drehzahl zu betreiben, werden daher Hohlkolben eingesetzt.
Hohlkolben sind in verschiedener Bauweise bereits bekannt und werden in der Regel mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens hergestellt. Bauformen mit einem zum Arbeitszylinder hin offenen Hohlraum haben den Nachteil, daß der Hohlraum bei jedem Kolbenhub mit Druckfluid gefüllt wird. Dies hat zur Folge, daß dieser Volumenbereich bei jedem Kolbenhub komprimiert und wieder entspannt wird, was zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades führt. Deshalb ist es vorteilhaft, den Hohlraum der Hohlkolben abzuschließen. Dabei war es bislang üblich, die Hohlkolben mit einem Deckel zu verschließen, der mit dem Hauptkörper des Kolbens durch Drehreibschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Laserschweißen verbunden ist. Derartige Hohlkolben sind z.B. aus der DE-OS 23 64 725 bekannt. Mittels Elektronenstrahl- oder Laserschweißen hergestellte Hohlkolben gehen z.B. aus der DE 36 02 651 AI und der US 33 19 575 hervor.
Diesen bekannten Hohlkolben ist gemeinsam, daß der Hauptkörper und der Deckel in einem aufwendigen, zerspanenden Verfahren vorgefertigt werden müssen, bevor der Deckel mit dem Hauptkörper verschweißt wird. Nachfolgend ist die Außenkontur des
Kolbens in einem weiteren spanenden Bearbeitungsschritt zu überarbeiten und die Zentralbohrung für die Zuführung des Druckfluids an die Drucktaschen der mit den
Kugelköpfen verbundenen Gleitschuhe anzubringen. Insgesamt ergibt sich daher für die bekannten Hohlkolben ein relativ aufwendiges und kostenintensives Fertigungsverfahren.
Zudem ist ein relativ großer Materialeinsatz notwendig.
Die Erfindung geht daher von einem aus einem rohrförmigen Rohling hergestellten Kolben entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus, das aus der DE 34 06 782 C2 bekannt ist. Das Verfahren zur Herstellung dieser Kolben ist relativ kostengünstig, da spanende
Bearbeitungsschritte nicht notwendig sind, sondern der Kolben durch Rollen oder Walzen aus einem rohrförmigen Rohling in besonders einfacher Weise gewonnen wird. Mit diesem bekannten Verfahren war es jedoch bislang nicht möglich, Hohlkolben mit einem zum
Arbeitszylinder der hydrostatischen Maschine hin abgeschlossenen Hohlraum herzustellen.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß es aus der DE 37 32 648 C2 bekannt ist, in einen mittels eines zerspanenden Fertigungsverfahrens hergestellten zum Arbeitszylinder der Axialkolbenmaschine hin offenen Hohlkolben eine rohrförmige Hülse einzusetzen und den Hohlraum zwischen der Hülse und dem Hohlkolben mittels eines Leichtmaterials auszugießen. Das Innenrohr erstreckt sich dabei jedoch nicht bis in den Bereich des Kugelkopfes und der Kugelkopf wird nicht durch ein verformtes Außenrohr, sondern durch einen in einem aufwendigen Zerspanungsverfahren hergestellten Massivkörper gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hohlkolben für eine hydrostatische Maschine mit zumindest einem abgeschlossenen Hohlraum zu schaffen, der besonders einfach beschaffen ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlkolbens anzugeben, das mit kostensparenden Fertigungsschritten und einem geringen Materialbedarf auskommt.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des erfindungsgemäßen Kolbens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen und bezüglich des Herstellungsverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das bekannte Verformungsverfahren zur Ausbildung eines Kolbens aus einem rohrförmigen Rohling zur Herstellung eines Hohlkolbens weitergebildet werden kann, in dem ein zweiter rohrförmiger Rohling Verwendung findet, der als Innenrohr in den als Außenrohr fungierenden ersten Rohling vor der Verformung eingeschoben wird. Das Außenrohr wird dann so weit verformt, bis dieses zumindest in den Endbereichen an dem Innenrohr anliegt. Durch weitere Verformung wird in dem Innenrohr eine Mulde oder eine Schulter ausgebildet, die die axiale Fixierung des Innenrohres an dem Außenrohr bewirkt. Dabei entsteht ein Kolben mit einem zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ausgebildeten, nach außen abgeschlossenen Hohlraum. Der Kolben ist in einem Rundknetformverfahren ohne jeglichen zerspanenden Fertigungsschritt herstellbar. Dieses Herstellungsverfahren ist insbesondere bei der Serienfertigung von großen Stückzahlen besonders kostensparend. Ferner ergibt sich im Gegensatz zu einem spanenden Fertigungsverfahren eine besonders gute Materialausnutzung, was insbesondere bei der Verwendung relativ teurer Legierungen von besonderer Wichtigkeit ist. Das Einbringen einer Zentralbohrung für die Zuleitung des Druckfluids an die Gleitschuhe entfällt aufgrund der Verwendung des rohrförmigen Innen- Rohlings. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für das Innenrohr ein relativ kostengünstiges Material verwendet werden kann, da es geringeren Belastungen unterworfen ist als das Außenrohr. Dadurch können weitere Fertigungskosten eingespart werden.
Die Ansprüche 2 bis 6 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Kolbens.
Besonders vorteilhaft kann auch im Bereich des Kugelgelenkteils zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ein weiterer Hohlraum entsprechend Anspruch 2 ausgebildet sein.
Dadurch wird das Gewicht das erfmdungsgemäßen Kolbens weiter reduziert. Entsprechend
Anspruch 3 kann das Außenrohr im Bereich des das Kugelgelenkteil mit dem Schaftteil verbindenden Halsteil an dem Innenrohr bündig anliegen. Bei der Verformung des
Außenrohrs definiert dabei das Innenrohr den Verformungsdurchmesser des Halsteils. Entsprechend Anspruch 4 kann das Innenrohr an dem kugelkopfseitigen Ende und/oder an dem schaftseitigen Ende, aber auch im Bereich des Halsteils eine Mulde und/oder eine Schulter aufweisen, die bei der Verformung des Außenrohrs und des Innenrohrs ausgebildet wird, so daß das Außenrohr in diesem Bereich an dem Innenrohr eng anliegt. Auf diese Weise wird eine axiale Fixierung des Innenrohrs in dem Außenrohr erzielt.
Im Bereich der Mulde und/oder der Schulter kann entsprechend Anspruch 5 der Öffnungsquerschnitt des Innenrohrs so weit verengt sein, daß eine Strömungsdrossel entsteht. Der Öffnungsquerschnitt der Strömungsdrossel ist durch die Verformung des Innenrohrs einstellbar.
Die Ansprüche 8 bis 12 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Entsprechend Anspruch 9 kann das Außenrohr so verformt werden, daß es auch im Bereich des Halsteils an dem Innenrohr anliegt. Dadurch wird die Festigkeit und Biegesteifheit des erfindungsgemäßen Kolbens weiter verbessert. Entsprechend Anspruch 10 kann bei der Verformung des Innenrohrs dieses vorteilhaft so weit verformt werden, daß im Bereich der der axialen Fixierung dienenden Mulde und/oder Schulter eine Strömungsdrossel mit vorgebbarem Öffnungsquerschnitt ausgebildet wird. Der Öffnungsquerschnitt der Strömungsdrossel kann entsprechend Anspruch 11 dadurch festgelegt werden, daß vor der Verformung des Innenrohrs in dieses ein Fixierungskörper eingeführt wird, der nach der Verformung des Innenrohrs wieder entfernt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A einen axialen Längsschnitt durch den Rohling des Außenrohrs zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens, Fig. 1B einen axialen Längsschnitt durch den Rohling des Innenrohrs zur
Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens,
Fig. IC einen axialen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Kolben nach der Verformung des Außen- und Innenrohrs,
Fig. 1D einen axialen Längsschnitt durch den erfϊndungsgemäßen Kolben in seinem
Fertigzustand, und
Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine, bei welcher der erfindungsgemäße Kolben einsetzbar ist.
Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird zunächst anhand von Fig. 2 eine Axialkolbenmaschine beispielhaft beschrieben, bei welcher die erfϊndungsgemäßen Hohlkolben zum Einsatz kommen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Axialkolbenmaschinen begrenzt. Vielmehr können die erfindungsgemäßen Hohlkolben bei unterschiedlichen Kolben maschinen eingesetzt werden. Die in Fig. 2 dargestellte Axialkolbenmaschine 1 ist nicht mit erfϊndungsgemäßen, sondern konventionellen Hohlkolben ausgerüstet.
Die in Fig. 2 dargestellte Axialkolbenmaschine 1 ist in Schrägscheibenbauweise mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgeführt und umfaßt in bekannter Weise als wesentliche Bauteile ein hohlzylindrisches Gehäuse 2, einen am Gehäuse 1 befestigten Anschlußblock 3, eine Schrägscheibe 4, einen Steuerkörper 5, eine Triebwelle 6 und eine Zylindertrommel 7, in welcher die Zylinderbohrungen 8, 9 radial gleichmäßig verteilt angeordnet sind. In den Zylinderbohrungen 8, 9 sind die Hohlkolben 10, 11 verschiebbar angeordnet, wobei sich die im Ausführungsbeispiel als Kugelköpfe 12, 13 ausgebildeten Kugelgelenkteile der Hohlkolben 10, 11 über Gleitschuhe 14, 15 an der Schrägscheibe 4 abstützen.
Eine in einer Ausbuchtung 16 des Gehäuses 2 untergebrachte Stelleinrichtung 17 greift über einen sich in Richtung auf den Anschlußblock 3 erstreckenden Arm 18 an der Schrägscheibe 4 an und dient zum Verschwenken derselben um eine zur Schwenkrichtung senkrechte Schwenkachse.
Der Steuerkörper 5 ist an der dem Gehäuse-Innenraum zugewandten Innenfläche des Anschlußblocks 3 befestigt und mit zwei durchgehenden Öffnungen in Form von nierenförmigen Steuer schlitzen 19, 20 versehen, die über einen Druckkanal 21 bzw. Saugkanal 22 im Anschlußblock 3 an eine nicht gezeigte Druck- bzw. Saugleitung angeschlossen sind. Die dem Gehäuse-Innenraum zugewandte und sphärisch ausgebildete Steuerfläche des Steuerkörpers 5 dient als Lagerfläche für die Zylindertrommel 7.
Die Triebwelle 6 ragt durch eine Durchgangsbohrung in der Gehäuse-Stirnwand 23 in das Gehäuse 2 hinein und ist mittels eines Lagers 24 in dieser Durchgangsbohrung sowie mittels eines weiteren Lagers 25 im Anschlußblock 3 drehbar gelagert. Die Zylindertrommel 7 ist mittels einer Keilnut- Verbindung 26 drehfest mit der Triebwelle 6 verbunden.
Die Zylinderbohrungen sind mit Mündungskanälen 27, 28 versehen, die auf dem gleichen Teilkreis wie die Steuerschlitze 19, 20 des Steuerkörpers 5 ausmünden. In die Zylinderbohrungen 8, 9 ist je eine Laufbuchse 29, 30 eingesetzt. Jeder Gleitschuh 14, 15 ist an seiner der Gleitscheibe 31 der Schrägscheibe 4 zugewandten Gleitfläche mit je einer nicht gezeigten Drucktasche versehen, die über je eine Durchgangsbohrung 32, 33 im Gleitschuh 14, 15 an einem abgestuften, axialen Durchgangskanal 34, 35 im zugehörigen Kolben 10, 11 angeschlossen und auf diese Weise mit dem vom Kolben 10, 11 in der Zylinderbohrung 8, 9 abgegrenzten Arbeitsraum des Zylinders verbunden ist.
Hinsichtlich der detaillierten Beschreibung einer Axialkolbenmaschine dieser Bauart wird auf die DE 44 23 023 AI verwiesen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung an den Hohlkolben 10, 11.
Die Fig. 1A und 1B zeigen die beiden rohrförmigen Rohlinge 40 und 41 für den in Fig. IC in einem Zwischenzustand und in Fig. 1D in seinem Fertigzustand dargestellten erfindungsgemäßen Hohlkolben 10' bzw. 10. Die Fig. 1A und 1B zeigen jeweils einen axialen Schnitt durch die Rohlinge 40 und 41 , während die Fig. IC und ID einen axialen
Schnitt durch den gesamten erfindungsgemäßen Hohlkolben 10 zeigen. Der in Fig. 1A dargestellte hohlzylinderförmige Rohling 40 mit gleichförmiger Wandstärke bildet das Außenrohr 40' des erfindungsgemäßen Hohlkolbens 10, während der hohlzylinderförmige
Rohling 41 mit ebenfalls gleichförmiger Wandstärke das Innenrohr 41 ' des erfindungsgemäßen Hohlkolbens 10 bildet.
Zur Herstellung des in Fig. IC dargestellten Zwischenteils wird der Rohling 41 des Innenrohrs 41' in den Rohling 40 des Außenrohrs 40' eingeführt und sodann der Rohling 40 des Außenrohrs 40' so verförmt, daß in der in Fig. IC dargestellten Weise das Schaftteil 42 das Kugelgelenkteil 43 und das das Kugelgelenkteil 43 mit dem Schaftteil 42 verbindende Halsteil 44 ausgebildet werden. Dies geschieht vorzugsweise durch Rollen oder -Rundkneten des Rohlings 41 in einer die Außenkontur des Hohlkolbens in dem in Fig. IC dargestellten Zwischenzustand vorgebenden Matrize. Vorzugsweise werden die Rohlinge 40 und 41 im kalten Zustand verformt. Das Schaftteil 42 weist nach der Verformung des das Außenrohr 40' bildenden Rohlings 40 eine Zylinderfläche 45 auf, die die Lauffläche des erfindungsgemäßen Kolbens 10 vergibt. Ferner wird die sphärische Fläche 46 für das Kugelgelenkteil 43 ausgeformt. Das Kugelgelenkteil 43 ist vorzugsweise ein Kugelkopf entsprechend dem in den Fig. IC und ID dargestellten Ausführungsbeispiel, das mit einer in den Gleitschuhen 14, 15 ausgebildeten sphärischen Ausnehmung zusammenwirkt. Es ist jedoch auch umgekehrt denkbar, daß das Kugelgelenkteil 43 der Hohlkolben 10 als sphärische Ausnehmung ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Kugelkopf des zugeordneten Gleitschuhs 14 bzw. 15 zusammenwirkt.
Bei der Verformung des das Außenrohr 40' bildenden Rohlings 40 wird dieser zunächst so weit verformt, daß das Außenrohr 40' an dem Innenrohr 41' an dem kugelgelenkteilseitigen Ende 47 und an dem schaftseitigen Ende 48 zur Anlage gebracht wird. Vorzugsweise wird das Außenrohr 40' im Bereich des Halsteils 44 des weiteren so weit verformt, daß das Außenrohr 40' dort an dem Innenrohr 41 ' bündig anliegt. Der Durchmesser des Halsteils 44 ist dann durch den Außendurchmesser des Innenrohrs 41 ' und die Wandstärke des Außenrohrs 40' vorgegeben. Nachfolgend wird das Außenrohr 40' in dem kugelgelenkseitigen Endbereich 47 und dem schaftteilseitigen Endbereich 48 noch weiter mit einer radial nach innen gerichteten Verformungskraft verformt, so daß das
Innenrohr 41 ' nach innen eingedrückt wird. Dabei entsteht im dargestellten Ausführungsbeispiel an dem kugelgelenkteilseitigen Ende 47 eine Mulde 49 des Innenrohrs
41' und an dem schaftteilseitigen Ende 48 eine Schulter 50 des Innenrohrs 41'. Das
Außenrohr 40' und das Innenrohr 41 ' werden in diesem Bereich plastisch so verformt, daß das Außenrohr 40' an dem Innenrohr 41' im Bereich der Mulde 49 und der Schulter 50 enganliegt. Auf diese Weise wird eine Fixierung des Innenrohrs 41 ' an dem Außenrohr 40' erzielt. Zusätzlich ist es auch denkbar, das Innenrohr 41 ' im Bereich des Halsteils 44 muldenartig zu verformen, so daß im Bereich des Halsteils eine zusätzliche axiale
Fixierung zwischen dem Innenrohr 41 ' und dem Außenrohr 40' geschaffen wird.
Der Außendurchmesser des Innenrohrs 41 ' und der Innendurchmesser des Außenrohrs 40' sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß zumindest im Bereich des Schaftteils 42 ein ringförmiger Hohlraum 51 geschaffen wird. Vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel der Fig. IC und ID ebenfalls dargestellt wird auch im Bereich des Kugelgelenkteils 43 ein weiterer ringförmiger Hohlraum 52 zwischen dem Innenrohr 41 ' und dem Außenrohr 40' geschaffen. Die beiden Hohlräume 51 und 52 sind nach außen durch Zusammenkneten des Außenrohres 40' mit dem Innenrohr 41 ' an dem kugelgelenkteilseitigen Endbereich 42 und dem schaftteilseitigen Endbereich 48 hermetisch abgeschlossen und vorzugsweise flüssigkeitsdicht abgedichtet, so daß das Eindringen von Druckfluid in diese Rohre 41 und 42 verhindert wird. Bei Bedarf können das Innenrohr 41' und das Außenrohr 40' zusätzlich miteinander verschweißt werden.
Die Hohlräume 51 und 52 bewirken eine erhebliche Gewichtsreduzierung des erfϊndungsgemäßen Hohlkolbens 10 gegenüber konventioneller Kolben in Massivbauweise, so daß die von den Kolben 10 ausgeübten Fliehkräfte und Massenkräfte erheblich reduziert sind. Eine weitere Gewichtsreduzierung läßt sich dadurch erreichen, daß das Innenrohr 41' aus einem Material mit geringem spezifischen Gewicht, z.B. Aluminium, gefertigt ist. Dies ist möglich, da das Innenrohr 41' im Vergleich zu dem Außenrohr 40' einer erheblich geringeren mechanischen Belastung ausgesetzt ist. Andererseits ist es auch möglich, für das Innenrohr 41 ' ein kostengünstiges Material geringerer Güte zu verwenden, so daß die Herstellungskosten für die erfindungsgemäßen Hohlkolben 10 weiter gesenkt werden.
In vorteilhafter Weise wirken die an dem Innenrohr 41 ' ausgebildete Mulde 49 und die Schulter 50 zugleich als Strömungsdrossel, so daß das den Drucktaschen der Gleitschuhe 14, 15 über den Innenraum 55 des Innenrohres 41' zufließende Druckfluid gedrosselt wird. Der erwünschte Öffnungsquerschnitt der Strδmungsdrosseln 53 und 54 ist über die Verformung des Innenrohrs 41' im Bereich der Mulde 49 und der Schulter 50 einstellbar. Die Variation des Öffnungsquerschnitts der Strömungsdrosseln 53 und 54 kann entweder durch Verwendung unterschiedlicher Matrizen oder unterschiedlicher radialer Anpreßkräfte erfolgen. In vorteilhafter Weise kann ein nicht dargestellter, z.B. hohlzylinderförmiger oder zylinderförmiger Fixierungskörper in das Innenrohr 41' im Bereich der Mulde 49 und/oder der Schulter 50 eingeführt werden, der den verbleibenden Öffnungsquerschnitt bei der Verformung des Innenrohrs 41 ' definiert. Nach der Verformung des Innenrohrs 41' kann der Fixierungskörper entfernt werden.
Des weiteren entsteht durch die Mulde 49 die ebenfalls erwünschte trompetenförmige Öffnung 56 an der kugelgelenkteilseitigen Ausmündung des Innenraums 55 des Innenrohres 41'. Diese trompetenförmige Öffnung 46 wirkt mit einer entsprechenden trompetenförmigen Öffnung in dem zugeordneten Gleitschuh 14, 15 zusammen, so daß die Druckfluid-Verbindung zwischen dem Hohlkolben 10 und den Gleitschuhen 14, 15 in jeder Winkelstellung der Hohlkolben 10 sichergestellt ist.
Fig. ID zeigt den erfindungsgemäßen Hohlkolben 10 in seinem Fertigzustand. Der erfϊndungsgemäße Hohlkolben 10 wurde entlang der strichpunktierten Konturlinie 57 in Fig. IC vorzugsweise mit einem zerspanenden Bearbeitungsschritt einer Überarbeitung unterzogen, um den erfindungsgemäßen Hohlkolben 10 in der erwünschten Endkontur zu erhalten. Je nach der gewünschten Außenkontur des erfϊndungsgemäßen Hohlkolbens 10 kann dieser Endbearbeitungsschritt jedoch auch entfallen oder lediglich auf eine Bearbeitung der Laufflächen 45 z.B. durch Schleifen beschränkt werden. Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung wird ein Hohlkolben 10 mit geringem Gewicht erzielt, der äußerst kostengünstig herstellbar ist.

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Kolben (10) für eine hydrostatische Maschine (1) mit einem Außenrohr (40'), das zu einem Schaftteil (42) und einem über ein Halsteil (44) mit dem Schaftteil (42) verbundenes Kugelgelenkteil (43) ausgeformt ist, gekennzeichnet durch ein sich im Inneren des Außenrohres (40) über dessen gesamte Länge erstreckendes Innenrohr (41), das an dem Außenrohr (40) an dem gemeinsamen kugelgelenkteilseitigen Ende (47) und an dem gemeinsamen schaftteilseitigen Ende (48) dichtend fixiert ist, wobei der Außendurchmesser des Innenrohres (41') und der Innendurchmesser des Außenrohres (40') so bemessen sind, daß zumindest im Bereich des Schaftteils (42) zwischen dem Innenrohr (41') und dem Außenrohr (40') ein Hohlraum (51) ausgebildet ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kugelgelenkteils (46) zwischen dem Innenrohr (41') und dem Außenrohr (40') ein weiterer Hohlraum (52) ausgebildet ist.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (40') im Bereich des Halsteils (44) an dem Innenrohr (41') anliegt.
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem kugelgelenkteilseitigen Ende (47) und/oder an dem schaftteilseitigen Ende (48) und/oder im Bereich des Halsteils (44) an dem Innenrohr (41') eine Mulde (49) und/oder eine Schulter (50) ausgeformt ist, in bzw. an welcher das Außenrohr (40') zur axialen Fixierung des Innenrohres (41') eng anliegt.
5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Mulde (49) und/oder der Schulter (50) der Öffnungsquerschnitt des Innenrohres (41') so weit verengt ist, daß eine Strömungsdrossel (53, 54) gebildet ist, die die Strömung eines Druckfluids durch das Innenrohr (41') drosselt.
6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit des Außenrohres (40') größer ist als die Festigkeit des Innenrohres (41').
7. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit folgenden Verfahrensschritten:
- Einführen eines Rohlings (41) für das Innenrohr (41') in einen Rohling (40) für das Außenrohr (41 '), und
- Verformen des Rohlings (40) des Außenrohres (40') zur Ausbildung des Schaftteils (42), des Kugelgelenkteils (46) und des Halsteils (44), so daß das Außenrohr (40') an dem Innenrohr (41 ') an dem gemeinsamen kugelgelenkteilseitigen Ende (47) und dem gemeinsamen schaftteilseitigen Ende (48) anliegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch weiteres Verformen des Außenrohres (40') gemeinsam mit dem Innenrohr (41') bis an dem Innenrohr (41') eine Mulde (49) und/oder eine Schulter (50) ausgebildet ist, in welcher das Innenrohr (41 ') an dem Außenrohr (40') fixiert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (40') so verformt wird, daß es auch im Bereich des Halsteils (44) an dem Innenrohr (41') anliegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (41') so weit verformt wird, bis im Bereich der Mulde (49) und/oder der Schulter (50) eine Strömungsdrossel (53, 54) mit vorgebbarem Öffnungsquerschnitt ausgebildet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Verformung des Innenrohres (41') in dieses ein insbesondere hohlzylinderförmiger oder zylinderförmiger Fixierungskörper eingeführt wird, der den Öffnungsquerschnitt der Strömungsdrossel (43, 44) festlegt und nach der Verformung des Innenrohres (41') aus diesem entfernt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (57) des Kolbens (10) mittels eines insbesondere zerspanenden Bearbeitungsverfahrens überarbeitet wird.
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