DE10109596C2

DE10109596C2 - Kolben für einen hydrostatischen Zylinderblock

Info

Publication number: DE10109596C2
Application number: DE2001109596
Authority: DE
Inventors: Robert J Stoppek; Mark Landwehr
Original assignee: Sauer Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: CN1316594A; DE10109596A1; JP2001289179A; CN1233936C

Description

In der EP 0 504 780 A1 ist unter anderem ein Kolben für den Zylinderblock einer hydrostatischen Motoreinheit beschrieben und dargestellt, der aus einem länglichen zylindrischen Körper mit einer mittigen Bohrung sowie aus einem Einsatz in Form eines dünnen Rohres besteht, dass durch den Hohlraum des länglichen zylindrischen Körpers hindurchgeführt ist. Eine zum Zusammenwirken mit einem Gleitschuh bestimmte kugelförmige Oberfläche ist unmittelbar an das eine Ende des länglichen zylindrischen Körpers selbst angeformt. Zur Herstellung dieses Kolbens wird das mittlere Rohr in eine Form eingelegt und von einem Stützkern umgeben. Der längliche zylindrische Körper mit der zugehörigen kugelförmigen Oberfläche wird sodann im Druckgussverfahren um das Rohr und den Stützkern herumgegossen. Während des Abkühlens schrumpft der längliche zylindrische Körper allmählich auf den Stützkern auf und bildet gemeinsam mit diesem einen Kolben/Stützkern- Verbundkörper, dessen beide Teile kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

Aus der US 4 478 130 geht ein Kolben für den Zylinderblock einer hydrostatischen Motoreinheit hervor, bei dem in einen länglichen hohlzylindrischen Körper ein Einsatz eingesetzt ist, an dessen einem Ende sich eine kugelförmige Oberfläche befindet, die zum Zusammenwirken mit einem Gleitschuh bestimmt ist. Diese Schrift enthält jedoch keinerlei Angaben über die Werkstoffe, aus denen die verschiedenen Kolbenteile hergestellt sind, oder über die Art, wie diese Teile zusammengefügt und -gehalten werden sollen. Werkstoffauswahl und die Art, in der die Einzelteile miteinander verbunden sind, sind für eine dauerhafte, zuverlässige Funktion jedoch sehr entscheidend.

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft hydraulische Motoreinheiten der Art, die einen Zylinder block beinhalten, der sich hin- und herbewegende Kolben enthält, die durch dreh bar angeordnete Gleitschuhe in funktionalen Eingriffen mit einer Schrägscheibe sind. Solche hydraulischen Motoreinheiten können entweder als Pumpen oder Motoren betrieben werden. Insbesondere befaßt sich diese Erfindung mit einem verbesserten Kolben zum Einsatz in solchen hydraulischen Motoreinheiten.

Typischerweise wurden die Kolben, die in hydraulischen Motoreinheiten des vor genannten Typs zum Einsatz kommen, aus einem metallischen Material, übli cherweise Stahl, das wärmebehandelt ist, hergestellt. Das besondere Material und das zum Einsatz gebrachte Wärmebehandlungsverfahren werden ausgewählt, um die für eine geeignete Kolbenfunktion und Lebensdauer notwendige adäquate Ge fügefestigkeit und Abnutzungseigenschaften zur Verfügung zu stellen. Hohle Kolben mit geschlossenen Enden sind in dem US-Patent Nr. 3,319,575 gezeigt. Fluidkanäle, die sich über die Länge des Kolbens erstrecken, sind sowohl in dem US-Patent Nr. 3,319,575, als auch in dem US-Patent Nr. 3,882,762 gezeigt.

Da der Kolben sowohl mit dem Zylinderblock als auch mit der Gleitschuh-zu- Schrägscheiben-Verbindung, die unterschiedliche Belastungs- und Abnutzungsan forderungen an den Kolben zeigen, dynamisch zusammenwirkt, wurde ermittelt, daß die Anforderungen an die Materialeigenschaft des Kolbens nicht notwendi gerweise gleichförmig über die gesamte Struktur des Kolbens sind. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, einen Kolben zur Verfügung zu stellen, der aus mehr als Die DE 26 53 867 A1 behandelt einen Kolben für den Zylinderblock einer hydrostatischen Motoreinheit, wobei dieser Kolben ebenfalls aus einem länglichen zylindrischen Körper und einem darin befindlichen Einsatz besteht. Die kugelförmige Oberfläche zum Zusammenwirken mit einem Gleitschuh ist an dem länglichen zylindrischen Körper ausgebildet. Die beiden Teile des Kolbens werden im Fliesspressverfahren hergestellt, wobei der Werkstoff für den länglichen zylindrischen Körper ein Nitrierstahl ist. Die beiden Kolbenteile werden durch Löten miteinander verbunden.

einem einzigen Material hergestellt ist, so daß verschiedene strukturelle Elemente des Kolbens unterschiedliche Festigkeiten und Abnutzungseigenschaften in seiner endgültigen Gestalt aufweisen kann.

Im allgemeinen wurde ermittelt, daß der zylindrische Körper des Kolbens, der in hin- und herbewegendem Kontakt mit der Bohrung des Zylinderblocks steht, eine Festigkeit und Abnutzungseigenschaft der Oberfläche benötigt, die den Einsatz von gehärtetem Stahl mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt erfordern. Das Ende des Kolbens, das mit einem kugelförmigen Gelenk mit einem Gleitschuh in Ver bindung steht, ist Gegenstand einer kompressiven Rotations- und Schwenkbewe gung und benötigt keine extreme Festigkeit und Abnutzungseigenschaften des zylindrischen Körpers. Das kugelförmige Ende des Kolbens kann eine ausrei chende Funktion und Lebensdauer bereitstellen, wenn es aus kohlenstoffarmem Stahl geformt ist, der nicht gehärtet ist.

Zusätzlich erweist es sich oftmals als vorteilhaft für das kugelförmige Ende des Kolbens gegen Eindrücken des Endes hämmerbar zu sein, um dem Gleitschuh mit dem Kolben in einem zusammengesetzten Zustand zu halten.

Einige in einem Zylinderblock einer hydrostatischen Motoreinheit zum Einsatz kommende hydraulischen Kolben bestehen aus einer Vollstahlkonstruktion. Ob wohl sie dauerhaft, zuverlässig und billig herzustellen sind, führt ihr relativ größe res Gewicht zu Einschränkungen ihrer Betriebsgeschwindigkeit. Sie entwickeln auch mehr wirksame Reibungskräfte.

Alternativ sind solche Kolben mit einem Hohlraum darin konstruiert worden, um das Gewicht der Vollstahlkolben zu reduzieren. Jedoch füllten sich die Hohlräume mit Öl, das kompressibel ist. Die während den Druckzyklen resultierende Kom pression und Dekompression des Öls innerhalb des Kolbens resultiert in einem ineffizienten Energieverbrauch und bewirkt einen entgegengesetzten Effekt auf die Trägheitsmomente, die der Schrägplatte, mit der die Kolben zusammenwirken, auferlegt werden.

Die Unzulänglichkeiten der hohlen Kolben sind teilweise durch Kolben ausge räumt worden, die den Hohlraum mit einem Kunststoffmaterial ausfüllen, das leichtgewichtig und nicht wie Öl kompressibel ist. Jedoch ist es schwierig, zuver lässigeres Material zu bekommen, das die rauhe Umgebung der Kolben aushalten kann, wohingegen eine Verschlechterung des Kunststoffmaterials üblich ist. Alu miniumstücke in dem Hohlraum, anstatt des Kunststoffmaterials, sind beständi ger, jedoch sind diese schwer in dem Hohlraum zu halten.

Einige Kolben stellen einen Hohlraum mit einer Kappe an einem Ende zum Ver schließen des Hohlraums bereit. Öl verweilt nicht in dem Hohlraum, da ein hohles Rohr sich durch den Kolben und durch den Hohlraum erstreckt, um zu verhindern, daß sich der Hohlraum mit Öl füllt. Die Rohre innerhalb des Hohlraums sind oft mals mit einer Dichtung oder dergleichen verstärkt, die den Abstand von dem äußeren Durchmesser des Rohrs zu dem inneren Durchmesser des Hohlraums überbrückt. Während Kolben dieser Konstruktion zumindest einige der vorherge hend geschilderten Probleme lösen, sind sie sehr teuer herzustellen.

Deshalb ist es eine prinzipielle Aufgabe dieser Erfindung einen hydraulischen Kolben mit einem geschlossenen Hohlraum und ein Verfahren zur Herstellung des Kolbens zur Verfügung zu stellen, der kostengünstig herzustellen ist und der die vorhergehend beschriebenen Unzulänglichkeiten bestehender Kolben ausräumt.

Insbesondere ist es eine Aufgabe dieser Erfindung einen hydraulischen Kolben mit einem geschlossenen Hohlraum zur Verfügung zu stellen, der einen hohlen Kolben mit einem Kolbeneinsatz darauf aufweist, die jeweils durch ein Me tallspritzgußverfahren hergestellt sind.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen hydraulischen Kolben mit einem geschlossenen Hohlraum und einem Verfahren zur Herstellung zur Verfü gung zu stellen, der das Kleben des Einsatzes an den Kolbenkörper gestattet, wäh rend gleichzeitig der Kolbenkörper gehärtet wird und der Einsatz für Pressen oder Hämmern hämmerbar bleibt, oder umgekehrt.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen hydraulischen Kolben mit einem geschlossenen Hohlraum bereitzustellen, bei dem Ölleitungen getrennt von dem Hohlraum ausgebildet sind, wobei der Einsatz mit dem Kolbenkörper ver klebt ist.

Eine noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen hydraulischen Kolben mit einem geschlossenen Hohlraum und ein Verfahren zu dessen Herstellung be reitzustellen, das im wesentlichen Nachbehandlungsschritte durch die Herstellung des Körpers und des Einsatzes mittels eines Metallspritzgußverfahrens eliminiert.

Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Kolben zur Verfügung zu stellen, der im Betrieb ruhig, zum Betrieb bei hohen Geschwindig keiten geeignet, im Betrieb energieeffizient und billig herzustellen ist.

Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen Kolben zur Verfügung zu stellen, der aus mehr als einem einzigen Material besteht.

Des Weiteren ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Kolben aus mehreren Teilen zu formen, wobei jedes Teil aus einem unterschiedlichen metallischen Material besteht.

Es ist ebenso eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Kolben herzustellen, der einen gehärteten zylindrischen Körper und ein hämmerbares kugelförmiges Ende um faßt.

Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen Kolben zur Verfügung zu stellen, der einen Leitung beinhaltet, der den Körper und den Einsatz als einen Weg zur Kommunikation eines druckbeaufschlagten Fluids von der Zylinderboh rung zu der funktionalen Verbindung des Gleitschuhs und der Schrägscheibe durchquert.

Zusätzlich ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, den Kolben an einen Gleitschuh zu montieren, zur nachfolgenden Hin- und Herbewegung in der Bohrung eines Zylinderblocks und zur wirksamen Verbindung mit einer Schrägscheibe in einer hydraulischen Motoreinheit.

Diese und andere Aufgaben werden dem Fachmann geläufig sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Kolben für einen Zylinderblock einer hydraulischen Motoreinheit weist einen zylindrischen Körper und ein in einer kugelförmigen Oberfläche endendes Ende auf. Der zylindrische Körper kann die Form entweder eines Vollzylinders oder eines hohlen zylindrischen Rohres aufweisen. Die kugelförmige Oberfläche kann die Form entweder eines inneren Hohlraums oder einer äußeren Kugel aufweisen und ist integral mit einem Einsatz, der als ein getrenntes Stück von dem zylindri schen Körper hergestellt ist. Der Körper und der Einsatz sind miteinander verbun den, um einen vollständigen Kolben herzustellen.

Der Körper sowohl in seiner vollen als auch hohlen Form ist aus einem Stahlma terial mit mittlerem oder hohen Kohlenstoffgehalt hergestellt. Das Material ist geeignet zum Härten, um eine hohe Gefügefestigkeit und Abnutzungseigenschaf ten der Oberfläche bereitzustellen. Der zylindrische Körper ist so geformt, daß er an einem Ende einen inneren Sitz beinhaltet, um der Positionierung und Anord nung des Einsatzes entgegenzukommen.

Der Einsatz ist entweder in seiner inneren oder äußeren kugelförmigen Form aus einem kohlenstoffarmen Stahlmaterial hergestellt. Das Material ist geeignet, Wärmebehandlungsverfahren ausgesetzt zu werden und dennoch hämmerbar zu bleiben. Der Einsatz weist die Form einer einfachen Kappe auf, die mit einem Ende des Körpers verbunden werden kann. Alternativ kann der Einsatz auch in einer länglichen Gestalt gebildet werden, die eine Kreisscheibe beinhaltet, die sich von dem kugelförmigen Oberflächenende durch eine anschließende rohrförmige Halsstruktur erstreckt. Dieser längliche Einsatz wird zusammen mit dem hohlen Körper genutzt, um einen Kolben mit einem geschlossenen inneren Hohlraum zu bilden.

In allen Fällen weist der vollständige Kolben eine Leitung auf, die den Körper und den Einsatz durchquert. Diese Leitung dient dazu, um als Weg für ein druckbeauf schlagtes Fluid zu dienen, das von der druckbeaufschlagten Zylinderbohrung in dem Zylinderblock durch den Kolben und den Gleitschuh zur wirksamen Verbin dung mit der Schrägscheibe fließt.

Der Körper und der Einsatz sind vorzugsweise durch ein Metallspritzgußverfah ren unter Verwendung eines Gießmaterials hergestellt, das zum Zeitpunkt des Gießens aus einer Mischung aus Metallkörnern und einem Bindematerial besteht. Das Element des Körpers und der Einsatz werden einem Entbindungsverfahren ausgesetzt, bei dem das Bindematerial von dem Gießmaterial entfernt wird und die Komponenten dann gesintert werden, wobei ein kontrolliertes Schrumpfen erfolgt.

Der Einsatz dient dazu, entweder in einer Kugel zur Anordnung an einem Gleit schuhelement zu enden oder er weist eine kugelförmige Fassung auf, die dazu dient, ein an dem Gleitschuhelement angebrachtes Kugelelement aufzunehmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsquerschnitt des Kolbens, der den hohlen Körper, einen Einsatz mit einem Ende der inneren kugelförmigen Fassung und einen Gleitschuh mit einer äußeren Kugel wiedergibt;

Fig. 2 einen Längsquerschnitt eines anderen Kolbens, der den hohlen Körper, einen länglichen Einsatz mit einem Ende der äußeren Kugel und einen Gleitschuh mit einer inneren kugelförmigen Fassung wiedergibt;

Fig. 3 einen Längsquerschnitt eines dritten anderen Kolbens, der den hohlen Körper, einen Einsatz mit einem Ende einer inneren kugelförmigen Fas sung und einen Gleitschuh mit einer äußeren Kugel wiedergibt;

Fig. 4 einen Längsquerschnitt eines vierten anderen Kolbens, der den hohlen Körper, einen Einsatz mit einem Ende einer äußeren Kugel und einen Gleitschuh mit einer inneren kugelförmigen Fassung wiedergibt;

Fig. 5 einen Längsquerschnitt eines fünften anderen Kolbens, der den Vollkörper, einen Einsatz mit dem Ende einer inneren kugelförmigen Fassung und ei nen Gleitschuh mit einer äußeren Kugel wiedergibt;

Fig. 6 einen Längsquerschnitt eines sechsten anderen Kolbens, der den Vollkör per, einen Einsatz mit einem Ende einer äußeren Kugel und einen Gleit schuh mit einer inneren kugelförmigen Fassung wiedergibt;

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Bezug auf die Fig. 1 bis 6 sind entsprechende Elemente mit den gleichen Be zugszeichen und/oder fortlaufenden Buchstaben-Bezeichnungen bezeichnet, um das Verständnis der unterschiedlichen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, die dargestellt sind, zu erleichtern. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Kolben, der einen zylindrischen Körper oder kurzes Rohr 12 und eine mittige Bohrung 14 aufweist. Das kurze Rohr 12 hat ein Fußende 16 und ein Kopfende 18 (Fig. 1).

Ein Einsatz 20 ist in der mittigen Bohrung 14 montiert und weist ein Fußende 22 und ein Kopfende 24 auf. Eine ringförmige Schulter 26 ist auf dem Einsatz in der Nähe des Kolbenendes 22 ausgebildet. In ähnlicher Weise ist ein Kopfstück 28 an dem Kopfende 24 lokalisiert. Eine ringförmige Nut 30 ist in dem Kopfstück in der Nähe einer vertikalen kreisförmigen Schulter 32 ausgeformt. Ein Mittel- oder Stababschnitt 34 mit einem verringerten Durchmesser erstreckt sich zwischen dem Fußende 22 und dem Kopfende 24. Der Mittelabschnitt 34 mit verringertem Durchmesser erzeugt einen leeren Hohlraum 36 um sich in Bezug zum inneren Durchmesser der mittigen Bohrung 14. Eine längliche Leitung 34 erstreckt sich entlang der Mittelachse des Einsatzes und endet in einer in dem Kopfstück 28 lokalisierten kugelförmigen Fassung 40.

Wie ebenso in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein Gleitschuh 42 eine Kugel 44 auf, die drehbar in der Fassung 40 aufgenommen ist. Eine dünne Kante 46 steht zwischen dem Ende 24 des Einsatzes 20 und der Kugel 44 und dient dazu, nach innen zur äußeren Oberfläche der Kugel eingedrückt zu werden, um zu verhindern, daß der Gleitschuh in Längsrichtung aus der Fassung 40 entfernt werden kann. Nichts destotrotz ist die Kugel 44 drehbar innerhalb der Fassung 40 montiert. Eine mitti ge längliche Leitung 48 mit jeder gewünschten Konfiguration erstreckt sich von dem inneren Ende der Leitung 38 längs durch einen Gleitschuh 42 und endet in einer flachen Lageroberfläche 50, die dazu dient, mit einer herkömmlichen Schrägscheibe einer hydrostatischen Pumpe oder eines hydrostatischen Motors in Eingriff zu gelangen.

Der Körper 12 ist vorzugsweise aus einem metallischen Material mit einem mitt leren oder hohen Kohlenstoffgehalt hergestellt (z. B. AISI 4140). Der Einsatz 20 ist aus einem kohlenstoffarmen metallischen Material hergestellt (z. B. AISI 1010).

Der Einsatz 20 ist mit dem Körper 12 an dem abgesetzten Element 22 verbunden. Der Einsatz ist auch mit dem Körper 12 an der Schulter 32 in der Nähe des Kopf endes 18 gesichert. Löten wird als Verfahren verwendet, um den Körper 12 mit dem Einsatz 20 zu verbinden und abzudichten. Der Kolben 10 wird weiterer Wärmebehandlung derart ausgesetzt, daß der Körper 12 gehärtet wird und der Einsatz 20 hämmerbar bleibt. Das Löten und Härten kann in einem einzigen Wärmebearbeitungszyklus zur vereinfachten und kostengünstige Herstellung durchgeführt werden.

Im folgenden wird der Kolben 10 mit dem Gleitschuh 42 so zusammengesetzt, dass die äußere Kugel 44 in der inneren kugelförmigen Fassung 40 aufgenommen ist, wie vorhergehend beschrieben. Die Kante 46 wird wie vorhergehend be schrieben um die Kugel 46 eingedrückt. Die daraus resultierende Verbindung zwischen dem Kolben 10 und dem Gleitschuh 42 erlaubt eine freie Dreh- und Schwenkbewegung zwischen den zwei Teilen, während sie vom gegenseitigen Auseinanderfallen abgehalten werden.

Beschreibung anderer Ausführungsformen

Es wurde des Weiteren In Betracht gezogen, dass der Körper und der Einsatz in leicht unterschiedlichen Gestalten hergestellt werden können, die die vorher auf gezählten primären einzigartigen und vorteilhaften Merkmale verkörpern.

Fig. 2 zeigt einen anderen Kolben 10A, bei dem die kugelförmigen Flächenfor mationen auf dem Kolben und dem Gleitschuh ausgetauscht sind. In dieser alter nativen Konstruktion endet der Einsatz 20A in einer Kugel 52, die in der Fassung 54 des Gleitschuhs 42A aufgenommen ist. Wiederum bringt der Zusammenbau mit sich, die Kugel 52 in der Fassung 54 zu lagern, sowie die Eindrückkante 46A, wie im Zusammenhang der Fig. 1 beschrieben wurde. Die übrigen Komponenten, die in Fig. 2 dargestellt sind, sind im wesentlichen identisch mit den vorhergehend beschriebenen Komponenten aus Fig. 1. Leitung 38A erstreckt sich durch Einsatz 20A und Kugel 52, um mit der Leitung 48A in dem Gleitschuh 42A zu kommuni zieren.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein anderes Paar an Kolben-Konfigurationen 10D bzw. 10E. In diesen alternativen Ausgestaltungen sind die Körper 12D und 12E in der Form von Hohlzylindern mit inneren Hohlräumen. Es kann deutlich verstanden werden, daß alle der vorhergehend genannten Merkmale und Eigenschaften auf diese Varianten ebenso anwendbar sind. Obwohl unterschiedliche Metalle für Körper 12 und Einsatz 20 bevorzugt werden, ist die Erfindung nicht darauf be schränkt. Die hohlen Kolben 10E und 10D mit einem geöffneten Hohlraum aus den Fig. 3 und 4 bieten den Vorteil eines verringerten Gewichts für bestimmte Anwendungen hydraulischer Motoreinheiten.

Fig. 5 stellt einen verkürzten Einsatz 20B dar, welcher, wenn er mit dem hohlen zylindrischen Körper 12B zusammengesetzt ist, einen Vollkolben 1 OB mit einem offenem Hohlraum bildet. Fig. 5 zeigt des Weiteren eine innere kugelförmige Fas sung 40B an dem Ende des Einsatzes 20B mit einer entsprechenden äußeren Ku gel 44B an dem Ende des Gleitschuhs 42B.

Alternativ zeigt Fig. 6 einen äquivalenten Vollkolben 10C mit den kugelförmigen Oberflächen des Einsatzes und des Gleitschuhes ausgetauscht, wobei das Ende des Einsatzes 20C die äußere Kugel 52C darstellt und die innere kugelförmige Fassung 54C in dem Ende des Gleitschuhes 42C angeordnet ist.

Die Körper 12 bis 12E und Einsätze 20 bis 20E gemäß dieser Erfindung werden durch ein Verfahren, bekannt als Metallspritzgießen ("MIM") hergestellt. Dieses Verfahren ist in der metallurgischen Technik bekannt, wurde jedoch bis jetzt nicht bei der Herstellung von hydraulischen Kolben zum Einsatz gebracht. Die Einsätze und die Körper können mittels eines Lötverfahrens mit Öl bei Temperaturen ver bunden werden, bei denen der Kolbenkörper durch Abschrecken gehärtet werden kann, um Abnutzungseigenschaften zu erzeugen, und bei denen der Einsatz relativ hämmerbar für den Eindrückverfahrensschritt, wie vorhergehend diskutiert, bleibt. Das MIM-Verfahren beinhaltet das Mischen feiner Körner aus Metall mit einem geeigneten Bindemittel. Die Körper und Kappen würden in Formen gegossen werden, wie diese in den Zeichnungen gezeigten sind. Ein typisches System wür de beinhalten, die zwei Komponenten unter Einsatz eines Lötmediums als das adhäsive Material zusammenzusetzen. Die zusammengesetzten Komponenten würden bei einer Temperatur von ungefähr 2050°F in einer kontrollierten Atmo sphäre oder im Vakuum miteinander verlötet werden; bei 1550°F zur Erstarrung des Lötmediums gekühlt werden; wärmebehandelt werden zur Stabilisierung der Temperatur bei 1550°F; die Komponenten können in Gas, Wasser, Polymer oder Öl abgeschreckt werden; Waschen der Komponenten (nicht nötig im Falle des Lötens unter Vakuum und Abschreckens mit Gas); und dann Vergüten bei einer Temperatur von 350 bis 400°F.

Dieses Verfahren und diese Konstruktion stellt einen Kolben her, der die folgen den abschließenden Eigenschaften aufweist: Größe der Fassung und Finish; gleichförmiger Nutverlauf; sowie ein Loch durch den Kolben. Dieses Verfahren eliminiert alle teuren Nachbearbeitungsschritte.

Claims

1. Kolben (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E) für einen Zylinderblock einer hydrostatischen Motoreinheit aufweisend:
einen länglichen zylindrischen Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) mit einer mittigen Bohrung (14),
einen Einsatz (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) in der Bohrung (14) mit einem ersten Ende (24, 24A, 24B, 24C, 24D, 24E), das in einer kugelförmigen Oberfläche (40, 40B, 40D) endet,
wobei der Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) aus einem ersten metallischen Material und der Einsatz (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) aus einem zweiten und anderen metallischen Material besteht, wobei der Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) und der Einsatz (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) durch Löten miteinander verbunden sind, um einen zylindrischen Kolben (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E) auszubilden, wobei der Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) und der Einsatz (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) durch ein Metallspritzgußverfahren unter Verwendung eines Gießmaterials hergestellt sind, das zum Zeitpunkt des Gießens eine Mischung aus metallischen Körnern und einem Bindemittel aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (10, 10A, 10B, 14C, 10D, 10E) für einen Zylinderblock einer hydrostatischen Motoreinheit, umfassend die folgenden Schritte:
Verbinden einer Menge kleiner Stahlkörner mit einer Menge eines Bindemittels zur Erzeugung eines Gießmaterials,
Ausformen eines länglichen zylindrischen Körpers (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) aus dem Gießmaterial, der ein erstes Ende (18) und ein zweites Ende (16) mit einem länglichen Hohlraum (36, 36D, 36E) in dem Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) aufweist,
Ausformen eines Einsatzes (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) aus dem Gießmaterial, das eine kompatible Gestalt zum Einpassen in den Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) aufweist, um ein offenes Ende des Hohlraums (36, 36D, 36E) zu verschließen, wobei der Einsatz (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) eine äußere Gestalt aufweist, die deren funktionalen Eingriff mit einem Gleitschuh (42, 42A, 42B, 42C, 42D, 42E) und anschließendem Eingriff mit einer Schrägscheibe, die in der Nähe des Zylinderblocks montiert ist, erleichtert,
Entfernen des Bindemittels aus dem Gießmaterial,
Sintern und Schrumpfen des Körpers (12; 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) und des Einsatzes (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) in proportionaler Weise, so daß der Einsatz in den Körper eingesetzt werden kann, Einfügen des Einsatzes (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) in den Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E), um den Hohlraum (36, 36D, 36E) in dem Körper zu schließen, und
Verlöten des Einsatzes (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) mit dem Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E).

3. Kolben nach Anspruch 1, wobei der Kolben (10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E) wärmebehandelt ist, um dabei das metallische Material des Körpers (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) zu härten und das metallische Material des Einsatzes (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) hämmerbar zu lassen.

4. Kolben nach Anspruch 1, wobei der Körper (12B, 12C) ein Vollzylinder ist.

5. Kolben nach Anspruch 1, wobei der Körper (12, 12A, 12D, 12E) ein hohles zylindrisches Rohr ist.

6. Kolben nach Anspruch 1, wobei der Einsatz (20, 20A) einen länglichen Stab (34) aufweist, der das erste Ende (24, 24A) mit einem zweiten Ende (22) verbindet, wobei der Stab (34) einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser der mittigen Bohrung (14) ist, so daß um diesen herum ein freier innerer Hohlraum (36) ausgebildet ist, wobei der Körper (12) und der Einsatz (20, 20A) miteinander verbunden sind, um einen zylindrischen Kolben (10, 10A) auszubilden, so daß das erste und zweite Ende des Einsatzes (20, 20A) mit den Enden des Körpers (12) verbunden und abgedichtet sind, um dabei den inneren geschlossenen Hohlraum (36) auszubilden.

7. Kolben nach Anspruch 1, wobei die kugelförmige Oberfläche (40, 40B, 40D) eine innere Fassung ausbildet.

8. Kolben nach Anspruch 1, wobei die kugelförmige Oberfläche eine äußere Kugel (52, 52C, 52E) ausbildet.

9. Kolben nach Anspruch 1 aufweisend eine Leitung (38, 38A, 38B, 38C, 38D, 38E), die sich über die Länge des Körpers und des Einsatzes erstreckt.

10. Kolben nach Anspruch 1, wobei der Körper (12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E) und der Einsatz (20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E) in einem einzigen Verfahrensschritt durch Löten verbunden und wärmebehandelt sind.

11. Kolben nach Anspruch 1, wobei das erste metallische Material die Eigenschaften von AISI 4140 und das zweite metallische Material die Eigenschaften von AISI 1010 aufweist.