DE2428017A1 - Kolben fuer hydraulische umsetzereinheiten - Google Patents

Description

Hamburg, den 5. Juni 1974 162074 .1165 LP

Priorität: 20. Juni 1973, U.S.A., PatoAnmoNr. 371 666

Anmelder:

Caterpillar Tractor Go.

Peoria, 111., U.SoAo

Kolben für hydraulische Umsetzereinheiten

Die Erfindung bezieht sich auf einen hin- und herbewegbaren Kolben für hydraulische Umsetzer- oder Übertragungs-Einheiten, wie sie beispielsweise bei Pumpen oder Motoren verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung einen für den Einsatz in diesen Einheiten vorgesehenen Kolben mit einem Kern von geringem Gewicht und mit verbesserten Mitteln zur Sicherung des Kerns gegen eine Axial- und Winkelver- -

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ORIGINAL INSPECTED

Schiebung beim Betrieb des Kolbens sowie mit einer verbesserten Formgebung und Anordnung des Kerns, um die Festigkeit des Kolbens gegen die in der Umsetzereinheit entwickelten hohen Beanspruchungen zu vergrößern»

Gewöhnlich wird das Gewicht der in solchen Umsetzereinheiten verwendeten Kolben dadurch verringert, daß ein Teil des Kolbens mit einer Ausnehmung versehen wird« Diese Maßnahme führt jedoch zu einer Vergrößerung des toten Volumens des Strömungsmittels, das innerhalb.der Umsetzereinheit bewegt werden muß, und kann sich in einer Verringerung des Wirkungsgrades dieser Einheiten auswirken. Deshalb ist es üblich, den ausgehöhlten Teil des Kolbens mit einem Material auszufüllen, dessen Gewicht geringer ist als das Material des Kolbens, und das einen ausreichend hohen Elastizitätsmodul für Druck aufweist, um der Zusammenpressung unter den hohen, während des Betriebes auftretenden Druckkräften zu widerstehen. Ein solches Millmaterial muß sicher im Kolben gehalten werden,, so daß es während des Betriebes der Umsetzereinheiten nicht verschoben wird, wodurch solche Einheiten möglicherweise stark beschädigt werden könnten.

Es wurden auch bereits frühere Versuche unternommen, um Kolben geringen Gewichtes zur Verwendung in diesen hydraulischen Umaetzereinheiten zu schaffen. Solcne Kolben werden gewöhnlich aus einem massiven Stangenmaterial hergestellt und es sind aufwendige und teure Maschinelle Bearbeitungsvorgänge erforderlich, um dem Kolben die gewünschte

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Form zu geben. Außerdem sind die zur Halterung des Füllmaterials im Kolben verwendeten Mittel häufig unzureichend und führen zu einer Lockerung oder zu einem Abreißen des Füllkernes beim Betrieb des Kolbenso Auch die Halte- oder Verankerungsmittel erfordern häufig eine zusätzliche maschinelle Bearbeitung, die zu einer weiteren Erhöhung der Kosten des Kolbens führt. Obgleich auch frühere Kernausbildungen im Ergebnis gewöhnlich zu einem geringeren Kolbengewicht geführt haben, hat die daraus folgende Verringerung der Festigkeit des Kolbens gelegentlich zusätzlich dazu geführt, daß der Kolben unter den beim Betrieb entwickelten hohen Belastungen zerstört wurde.

Demnach bezweckt die Erfindung, wirkungsvolle und preisgünstige Mittel zur Halterung eines Kerns aus Füllmaterial in einem ausgehöhlten Teil el eines Kolbens, der in hydraulischen Umsetzereinheiten eingesetzt werden soll, vorzusehen»

Ein weiterer wesentlicher Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kolbens mit Kern-Verankerungsmitteln, der in einem Gießverfahren hergestellt werden kann und einen möglichst kleinen maschinellen Bearbeitungsaufwand für die Fertigstellung erfordert. Die Erfindung bezweckt ferner, eine verbesserte Anordnung und Ausbildung für einen Kolben mit einem Kern aus Füllmaterial zu schaffen, um im Ergebnis einen leichten Kolben mit einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegen Belastungen zu erhalten, weil er eine größere Festigkeit in dem Bereich aufweist, in dem die Beanspruchungskräfte konzentriert sind.

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Ein erfindungsgemäßer Kolben weist eine im wesentlichen konisch sich nach außen erweiternde Ausnehmung auf, die mit einem Kern aus einem Werkstoff mit leichtem Gewicht ausgefüllt ist, und das Füllmaterial ist erfindungsgemäß gegen axiale Verschiebung durch einen ringförmigen, am offenen Ende des Kolbens einteilig angeformten Steg und gegen eine. Winkelverschiebung durch mehrere einteilig angeformte Keilstücke gesichert, welche die Innenflächen der Ausnehmung und des ringförmigen Steges verbinden«

Ein erfindungsgemäßer Kolben kann vorteilhaft in hydraulischen Umsetzereinheiten vom Axial- und/oder Radial-Kolbenlyp eingesetzt werden und ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Verankerungsmittel für den Kern ein verhältnismäßig einfaohes und wirtschaftliches Verfahren gewährleisten, um einen leichten Kern aus Millmaterial mit im wesentlichen konischer Form in einer Ausnehmung eines Kolbens sicher zu halten, wobei die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des Kerns gleichzeitig eine vorteilhafte Erhöhung der Druckfestigkeit des Kolbens gewährleistet·

Weitere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Dabei zeigen«

Mg. 1 einen Längsschnitt eines Kolbens für eine hy-

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draulische Pumpe oder einen hydraulischen Motor und veranschaulicht eine erfindungsgemäße Anordnung für die Halterung eines Kerns aus Füllmaterial und die Erzielung einer größtmöglichen Verringerung des Kolbengewichtes mit Hilfe einer konischen Bohrung,

Fig., 2 einen Längsschnitt des Kolbens nach Fig» I, wobei der im wesentlichen konisch ausgebildete Kern aus Füllmaterial in den Kolben eingesetzt äst,

Fig. 3 eine in Richtung der Pfeile III - III in Fig, I gesehene Endansicht des Kolbens, wobei der schraffierte Bereich das Füllmaterial des Kerns darstellt und ein Teil der Endwand weggebrochen ist, um eine der Verstärkungen sichtbar zu machen,

Figo 4 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens mit abgewandelten Haltemitteln für das Füllmaterial des Kerns und

Figo 5 eine Endansicht des Kolbens nach Figo 4 in Richtung der Zeile V-V₀

Ein erfindungsgemäßer-Kolben 10 ist nach Figo 1-3 aus einem Teil mit einer konisch erweiterten Bohrung oder Ausnehmung 14 und einem kugelförmigen Teil 12 zusammengesetzt, welcher mit einem üblichen, nicht dargestellten Kolbenschuh zusammenarbeitet. Der Kugelteil 12 ist mit einem durchgebohrten Kanal 16 versehen,- der mit der Ausnehmung 14 in Verbindung steht und dadurch einen Kanal zur Einführung eines Schmiermittels zwischen den Kugelteil 12 und dem damit zusammenwirkenden Kolbenschuh bildet.

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Die innere Mantelfläche 13, welche die Ausnehmung 14 begrenzt, ist derart kegelförmig oder konisch verjüngt, daß die Dicke der Kolbenwand in der Nähe des Unterteiles 12 größer ist, wodurch eine größere Festigkeit in dem Bereich geschaffen wird, in dem die Beanspruchungskräfte konzentriert sindo Die tatsächliche Wanddicke und der Grad der Verjüngung kann geändert werden, um im jeweiligen Anwendungsfall das gewünschte Gewicht und die erforderliche Druckfestigkeit zu erhaltene

Die erfindungsgemäß für die Halterung des Füllmaterials in der Ausnehmung 14 vorgesehenen Mittel bestehen im wesentlichen aus einem ringförmigen Steg 17 am offenen Ende des Kolbens 10 und aus Keilen 19, die zwischen dem ringförmigen Steg und der Innenwand 13 der Ausnehmung angeordnet sind_e Der Steg 17 umschließt eine Durchgangsöffnung zur Ausnehmung 14o Durch den ringförmigen Steg 17 ist eine axiale Verschiebung des eingesetzten Kerns aus Füllmaterial sicher verhindert» Die Keile 1-9 üben eine Doppelfunktion aus, indem sie einmal eine Winkelverschiebung des Kerns aus Füllmaterial in dem Kolben verhindern und außerdem den ringförmigen Steg 17 verstärken« Der ringförmige Steg 17 ist nach der Erfindung vorzugsweise in einem Feingießverfahren am Kolben 10 angeformt und bildet damit einen einheitlichen Teil des Kolbens. Auch die Keile 19 werden im gleichen Gießvorgang vorzugsweise einteilig an der Kolbenwand 13 und dem ringförmigen Steg 17 angeformt.

Fig. 2 zeigt den Kolben 10, dessen Ausnehmung 14 mit einem

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Kern 21 aus leichtem Füllmaterial ausgefüllt ist, welches mit den Keilen 19 und der ringförmigen Wand 17 mechanisch in Eingriff und damit sicher gehalten ist» Zur Ausfüllung der Ausnehmung 14- kann irgendein geeignetes Füllmaterial geringen Gewichts verwendet werden, wie z.B. ein warmhärtbares PHenolharz, welches beispielsweise als "Durez No.22418" von der Firma Durez Plastics Division, Hooker Chemical Corp., 500 Walch Road, No. Tonawanda, New York, erhältlich ist. Dieses Material besitzt eine ausreichende Festigkeit, um einer Zusammenpressung unter dem hohen Druck einer Umsetzereinheit widerstehen zu können. Es kann jedoch auch irgendein anderes Material leichten Gewichtes, wie z.B. Metall, Epoxydharz usw„ verwendet werden, wenn es nur einen ausreichend hohen Elastizitätsmodul aufweist, um einer Zusammenpressung, unter hohem Druck zu widerstehen·

Das Phenolharz kann vorzugsweise wie üblich durch Preßformung in die Ausnehmung des Kolbens eingebracht werden, um irgendwelche Lunker oder Poren zu vermeiden und einen sicheren mechanischen Eingriff mit dem ringförmigen Steg und den Keilen zu gewährleisten, wenn das Füllmaterial aushärtet.

Fig. 2 und 3 zeigen ferner einen durch das Füllmaterial

21 verlaufenden und an den Kanal 16 angeschlossenen Kanal 22, welcher den Kanal für die oben erwähnte Schmiermittelzufuhr durch die Kolbeneinheit 10 vervollständigt. Der Kanal

22 wird vorzugsweise derart ausgebildet, daß eine Stange, die langer ist als die Kolbeneinheit vor dem Ausfüllen der

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Ausnehmung 14 in den Kanal 16 eingeführt wird. Das !Füllmaterial des Kerns 21 wird dann um die Stange herum in die Ausnehmung eingespritzt oder eingegossen, so daß ein Kanal zurückbleibt, wenn die Stange naoh dem Aushärten des Füllmaterials herausgezogen wird. Der Kanal kann aber auch in der Weise hergestellt werden, daß das Füllmaterial nach dem Aushärten durchbohrt wirdο

Pig. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens. Die konische Bohrung oder Ausnehmung 14 des Kolbens 10 ist auch hier wieder mit einem Kern 21 aus leichtem Millmaterial ausgefüllt, durch welches ein Kanal 22 verläuft, der mit dem Kanal 16 in dem kugelförmigen Unterteil 12 verbunden ist» Die Ausnehmung 14 ist am Ende in der Nähe des Unterteiles 12 mit einem Radius R kugelförmig ausgebildet. Der tatsächliche Radius R wird teilweise durch den Neigungsgrad der kegelförmigen Aus_ nehmung und die tatsächliche Dicke der Kolbenwandung bestimmt, die wie oben erwähnt, entsprechend dem gewünschten geringen Gewicht unde der erforderlichen Druckfestigkeit verändert werden kann«

Um den G-ießvorgang optimal zu erleichtern, ist der bei der Ausführung nach Pig. 1-3 vorgesehene ringförmige Steg 17 vorzugsweise weggelassen, wie Pig. 4 und 5 zeigen· In diesem Pail sichern die keilförmigen Vorsprünge 19 das Püllmaterial des Kerns auch gegen axiale Verschiebunge In einigen Pällen kann es jedoch erwünscht sein, auch den in Pig. 4 und 5 gezeigten Kolben 10 mit einem ringförmigen Steg 17 zu versehen.

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J- ANSPRÜCHE -

Claims (1)

1. AH SPRÜCHE

   /LoyKolben für hydraulische TJmsetzereinheiten mit einem Grundteil zur Verbindung mit dieser Einheit und einem am Grundteil sitzenden Teil mit einer im wesentlichen bis zum Grundteil reichenden, am anderen Ende offenen, in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmung und mit Haltemitteln für einen in dieser Ausnehmung untergebrachten Kern aus Füllmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß als Haltemittel an der Innenwand (13) der Ausnehmung (14) angeordnete keilförmige Verstärkungs-Vorsprünge (19) vorgesehen sind»

   2ο Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel einen am offenen Ende·der Ausnehmung nach innen vorstehenden ringförmigen Steg (17) aufweisen^ und daß die keilförmigen Yorsprünge zwischen dem Steg und der Innenwand (13) der Ausnehmung (14) angeordnet und mit diesen verbunden sind·

   Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (14) zur Erhöhung der Druckfestigkeit im wesentlichenkonusförmig ausgebildet ist, wobei der Eadius der konischen Ausnehmung zum offenen Kolbenende hin zunimmtο

   4. Kolben nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß er (10) in einem Gießverfahren einteilig mit den Haltemitteln (17» 19) ausgebildet ist.

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   Kolben nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der konischen Ausnehmung (14) in der Nähe des G-rundteiles (12) mit einem verhältnismäßig großen Radius (R) kugelförmig ausgebildet ist„

   β Kolben nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Ausnehmung (14) in der Nähe des Grundteiles (12) im wesentlichen kegelförmig abgewinkelt ist.

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