DE3406782A1

DE3406782A1 - Kolben fuer eine hydrostatische maschine

Info

Publication number: DE3406782A1
Application number: DE19843406782
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 8752 Hösbach Nobis; Harald Dipl.-Ing. Stein (FH), 6117 Schaafheim
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1983-02-25
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1984-08-30
Also published as: DE3406782C2

Description

Kolben für eine hydrostatische Maschine
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine hydrostatische Masehne, vorzugsweise eine Axialkolbenpumpe oder einen Axialkolbenmotor, insbesondere in Schrägscheibenbauform, wobei der Kolben in seinem Schaftbereich einen Hohlraum aufweist und an seinem einen Ende durch ein Kugelgelenk mit einem Bauteil verbunden ist, welches die Längskräfte, die von dem Kolben ausgehen, weiterlettet, wobei dieses Bauteil im Falle einer Schrägscheibenpumpe insbesondere ein Gleitschuh ist und wobei von dem Hohlraum im Schaftbereich des Kolbens eine Bohrung ausgeht, die in der Kugel des Kugelgelenks mündet, um dieses Ge-1 e n k zu schmieren und i n d e n m e i s t e n Fällen einer Verbindung mit einem Gleitschuh auchwum Druckmittel aus dem Innenraum des Kolbens zu einer Druckpol sterausnehmung zu leiten, die an der Sohle des durch das Kugelgelenk mit dem Kolben verbundenen Gleitschuhes angeordnet ist. Dabei ist im Bereich der Kugel oder vorzugsweise im Bereich des Uberganges zwischen Kugel und Kolbenschaft die durchgehende Bohrung zu einer Drosselstelle verengt. Es ist aber auch bereits bekannt, die Drosselstelle in den Gleitschuh zu verlegen. Bei Kolben für Axialkolbenmaschinen in Triebflanschbauform, bei denen der Kolben durch ein Kugelgelenk mit einer Kolbenstange verbunden ist, ist es auch bereits bekannt zum Schließen der Kugel gelenkverbindung den Kolben hinter dieser durch Einrollen (Einwalzen) plastisch zu verformen. Normalerweise wird ein Kolben der vorgenannten Art durch spangebende Verformung aus einem bolzenförmigen bzw. stangenförmigen Werkstück hergestellt, wobei im Schaftbereich die Oberfläche bearbeitet und an einem Ende das Material bis auf einen Kugelkopf herabgedreht wird und am anderen Ende die große Bohrung eingebracht wird, die zur Gewichts- reduzierung und als Vorbohrung für die dann einzubringende dünne Drosselbohrung durch den Kugelbereich dient (DE-OS 26 20 523 - DE-OS 26 53 867). Auf diese Weise lassen sich zwar Kolben hoher Präzision herstellen, jedoch ist das Herstellverfahren außerordentlich aufwendig. Zur Verminderung des Herstellaufwandes ist es auch schon bereits bekannt, Kolben aus Stahl oder Aluminium aus einem Fließpressteil herzustellen, so daß der Aufwand für das spangebende Herstellen der großen Bohrung entfällt, alle anderen Bearbeitungsvorgänge jedoch bleiben.
Es ist allerdings auch schon eine Axialkolbenmaschine bekannt, bei der sowohl der Kolben als auch der Zylinder aus einer rohrförmigen Hülse besteht, von der ein Ende um die Kugel des Kugelgelenks herumgewalzt ist. Bei diesem Kolben geht der große Hohlraum ohne Drosselverengung durch den ganzen Kolben hindurch, so daß der Flüssigkeitsdruck unmittelbar auf die Kugel wirkt. Die Verformung des Kolbens im Bereich der Kugel ist gering (US-PS 2 157 692).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Herstellaufwand für den Kolben zu vermindern, insbesondere den immer mit Verlusten verbundenen Aufwand für spangebende Verformungen zu vermeiden bzw. zumindest zu vermindern.
Ausgehend von einem Kolben gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie er durch die US-PS 2 157 692 bekannt ist, wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das mit dem Kolben aus einem Werkstück bestehende Teil des Kugelgelenks die Innenkugel ist und der Durchlaß am Ubergang zwischen Kolbenschaft und Kugel zu einer Drosselstelle verengt ist.
Würde man bei der Fassung des Schutzbegehrens von der in der Praxis allgemein angewendeten Kolbenform ausgehen, ergäbe sich ausgehend von einem Kolben für eine hydrostatische Maschine, der im Schaft einen Hohlraum und weiterhin einen durchgehenden Durchlaß aufweist und aus einem Werkstück besteht und der an seinem einen Ende eine Kugel aufweist, die zusammen mit einem diese Kugel umgreifenden Teil ein Kugelgelenk bildet, wobei im Bereich des Uberganges zwischen Kugel und Kolbenschaft der Durchlaß zu einer Drossel stelle verengt ist, die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß die Wandstärke des Kolbens über dessen Gesamtlänge im Verhältnis zum Durchmesser klein ist bzw. daß der Kolben durch spanlose Formgebung aus einem Rohr hergestellt ist.
Das Verhältnis von Außendurchmesser zu Wandstärke kann zwischen den Werten 10:1 und 6:1 liegen. Beispielsweise kann bei einem Kolben von 19 mm Durchmesser die Wandstärke 2,5 oder 3 mm betragen.
Im Bereich des Halses tritt bei Anwendung bestimmter Verfahren der Kaltverformung eine Verfestigung des Materiales ein und darüberhinaus eine Verdickung der Wandstärke mit dem Vorteil, daß dieses Teil, in dem die höchste Materialbeanspruchung entsteht, eine besonders große Festigkeit aufweist. Die Elastizität des Kolbens wird bei der Biege-Wechsel-Beanspruchung, der der Kolben bei jeder Umdrehung des Zylinderblockes der Axialkolbenmaschine unterliegt, durch den Einsatz des kaltverfestigten Rohres erhöht.
Besonders zweckmäßig ist, wenn der Kolben aus einem normalisiertem, nach einer plastischen Verformung vergütbaren Stahl besteht, beispielsweise aus einer Chrom-Molybdän-Aluminium-Legierung besteht, beispielsweise 34CrMoAl 5, oder aus einem anderen zweifach legiertem Stahl.
Ein Kolben gemäß der Erfindung kann durch Kaltverformen aus einem Rohr hergestellt werden, vorzugsweise aus einem gezogenen Präzisionsrohr. Die Verwendung eines gezogenen Rohres bringt den weiteren Vorteil, daß durch den Ziehvorgang ein Faserverl auf geschaffen wird, der bei der spanlosen Verformung erhalten bleibt mit der Folge, daß sich eine gute Materialfestigkeit ergibt. Das Kaltverformen kann durch Einrollen ("Einwalzen") erfolgen, kann aber auch durch Formdrücken, insbesondere unter Einwirkung einer Kraft in Richtung der Kolbenachse gegen eine Matrize erfolgen, wobei das Formdrücken in mehreren, vorzugsweise vier bis sechs Schritten erfolgen kann, derart, daß an einem Ende des Rohres zunächst eine trichterförmige Erweiterung geformt wird, sodann diese zunächst mit ihrem Ende wieder nach innen angekröpft wird und sodann die Hohlkugelform mit Hals angeformt wird. Denkbar ist jedoch auch, daß ein Rohr entsprechend geringen Innendurchmessers in eine Hohlform eingelegt wird und ein für das Verformen ausreichender Innendruck in dem Rohr erzeugt wird, beispielsweise indem zip eine Flüssigkeit mit hohem Druck von beispielsweise lOOObar in dieses eingepresst wird oder durch Explosionsumformen, indem ein fadenförmiger oder stangenförmiger Sprengsatz in das Rohr eingebracht wird. Kann bei Kaltverformen des Halsteiles des Kolbens nicht gesichert werden, dan/entstehende Verengung des Durchnasses in diesem Bereich mit hinreichender Genaui gei t den für die beabsichtigte Drosselwirkung erforderlichen freien Durchtrittsquerschnitt aufweist, so kann zum Kal ibriefen nachgebohrt werden. Ein solcher Bohrvorgang erfordert nur geringen Aufwand. Umgekehrt erscheint denkbar, daß während des Kaltverformens (abgesehen von Kaltverformen durch Innendrucki ein Kalibrierungsdorn eingeführt ist, der anschließend entfernt wird, oder ein Röhrchen hinreichender Festigkeit eingelegt wird, das als Kalibrierungsdrossel im Kolben verbleibt 9 sofern hinreichend gesichert ist, daß das Röhrchen auch im Betrieb fest an dieser Stelle verbleibt. Kolben gemäß der Erfindung können sowohl als Arbeitskolben in hydrostatischen Maschinen, vorzugsweise Axialkolbenpumpen oder Axialkolbenmotoren der Schrägscheibenbauform, als auch als Stelikolbens der dem Einstellen des Hubvolumens der hydrostatischen Maschine dient9 verwendet werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindung gegenstandes im Schnitt dargestellt.
Der Kolben besteht aus einem Schaftteil ls das einen Hohlraum 2 umschließt9 und einem Kugelteil 39 welches durch ein Halsteil 4 mit dem Schaftteil 1 verbunden ist. Zumindest das Kugelteil 3 und das Halsteil 4 sind durch Kaltverformen aus einem Rohr erzeugt worden, wobei besonders in dem stark verformten Halsteil 4 und den Nachbarteilen bei Wahl des richtigen Werkstoffes und einem zweckmäßigen Vorgehen bei der Bearbeitung eine starke Verfestigung eintritt. Um den Kugelteil 3 greift eine Gelenkschale 5 eines Gleitsehuhes 6 herum, der seinerseits mit einer Bohrung 7 versehen ist durch die Druckmittel zu der Druckpolsterausnehmung 8 fließen kann.
Der Kugeltell 3 des Kolbens 19 3 4 hat eine derart große cl Festigkeit, daß es möglich ist,/das Gelenkschalenteil 5 des Gleitschuhes durch KaltverformenDbeispielsweise durch Einwaizen, um dieses Kugelteil 3 herumgeformt werden kann, wobei das Kugelteil 3- als Gegenform dient.
Durch das Kaltverformen des Halsteiles 4 entsteht in diesem eine Verengung 9 des Durchlasses. Dieses Verengung kann derart bemessen sein9 daß sie die geforderte Drosselwirkung erbringt.

Claims

Patentansprüche Kolben für eine hydrostatische Maschine, der einen Hohlraum und einen durchgehenden Durchlaß aufweist und aus einem Werkstück besteht, dessen Wandstärke im Verhältnis zum Durchmesser klein ist und der an einem Ende einen Teil eines Kugelgelenkes, durch das der Kolben mit einem Kolbenkräfte aufnehmenden Bauteil verbunden ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Kolbenschaft (1) aus einem Werkstück bestehende Teil des Kugelgelenkes die Kugel (3) ist und daß der Durchlaß (2, 9) am Übergang (4) zwischen Kolbenschaft (1) und Kugel (3) zu einer Drosselstelle (9) verengt ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Durchmesser zu Wandstärke zwischen 10:1 und 6:1 liegt.
3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus normalisiertem,nach einer plastischen Verformung vergütbarem Stahl besteht.
4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus zweifach legiertem Stahl besteht.
5. Verfahren zum Herstellen eines Kolbens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1, 4, 3) durch Kaltverformen aus einem Rohr, vorzugsweise aus einem gezogenen Präzi sionsrohr gebi 1 -det wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltverformen durch Einrollen erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung durch FormdrUcken gegen eine Matrize bewirkt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Formdriicken unter Wirkung einer axialen Kraft in mehreren, vorzugsweise vier bis sechs Schritten erfolgt, wobei an einem Ende des Rohres zunächst eine trichterförmige Erweiterung geformt wird, sodann diese zunächst angekröpft wird und sodann in einem oder mehreren Schritten die Hohlkugelform mit Hals angeformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aas Kaltverformen durch Einbringen von Innendruck in das in eine Hohl form eingelegte Rohr erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel schale des Gelenks als Gegenform benutzt wird.
11. Verfahren zum Herstellen der Gelenkverbindung zwischen einem Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bzw.

einem in einem der Verfahren nach Anspruch 5 bis Anspruch 8 hergestellten Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkschale durch Einrollen um den als Gegenform wirkenden Kugelteil 3 des Kolbens herum erfolgt.
12. Anwendung eines Kolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bzw. eines nach einem der Ansprüche 5 bis 9 hergestellten Kolbens als Arbeitskolben einer hydrostatischen Maschine, vorzugsweise einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauform.
13. Anwendung eines Kolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bzw. eines nach einem der Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 9 hergestellten Kolbens als Stellkolben einer hydrostatischen Maschine.