DE2812418A1 - Low inertia cylinder for hydraulic piston machine - has reinforced actuating end on light alloy drum and hardened bushes - Google Patents
Low inertia cylinder for hydraulic piston machine - has reinforced actuating end on light alloy drum and hardened bushesInfo
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Abstract
Description
Zylindertrommel für eine hydrostatische Cylinder drum for a hydrostatic
Kolbenmaschine und Verfahren zu deren Herstellung. Piston machine and process for its manufacture.
Die Erfindung betrifft eine Zylindertrommel für eine hydrostatische Kolbenmaschine, vorzugsweise Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine in Triebflanschbauart, und betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zylindertrommel.The invention relates to a cylinder drum for a hydrostatic Piston machine, preferably an axial piston machine, in particular an axial piston machine in drive flange construction, and further relates to a method for producing a such cylinder drum.
Ist bei Axialkolbenmaschinen die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung ungleichförmig, so wird durch die Trägheitskräfte der Zylindertrommel die Verbindung zwischen Zylindertro=z.ei und Welle beansprucht. Bei Triebflanschmaschinen, bei denen die Zylindertrommel durch Übertragung von Kräften aus der Kolbenstangen mitgenommen wird bedeutet das, daß die Kolbenstangen auf Biegung belastet werden. Diese Belastung wird um so geringer, je geringer das Trägheitsmoment der Zylindertrommel ist. Das Trägheitsmoment kann verringert werden durch Verringerune der Masse der Zylindertrommel. Dieses ZielÇann erreicht werden durch Verringerung der Abmessungen. Diesem Weg sind Grenzen gesetzt auch wenn man unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Einfluß der einzelnen Masseteilohen mit dem Abstand von der Drehachse quadratisch wächst,zu diesem Zweck den Umfang der Zylindertrommel wellenförinig gestaltet auf gleichen Abstand von den Achsen der Zylindertrommel (dadurch wird gleichzeitig der Planschwiderstand erhöht).Is the angular speed of the rotary movement in axial piston machines non-uniform, the connection is made by the inertial forces of the cylinder drum between the cylinder barrel and shaft. For drive flange machines, at which the cylinder drum by transferring forces from the Piston rods is taken, this means that the piston rods are loaded in bending. This load becomes less, the lower the moment of inertia of the cylinder drum is. The moment of inertia can be reduced by reducing the mass of the Cylinder drum. This goal can be achieved by reducing the size. There are limits to this path even if one takes into account the fact that the influence of the individual mass parts is square with the distance from the axis of rotation grows, for this purpose the circumference of the cylinder drum is shaped like a wave the same distance from the axes of the cylinder drum (this means that the Plan resistance increased).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die träge Masse der Zylindertrommel ohne Beeinträchtigung der Festigkeit derselben zu verringern.The invention is based on the object of the inertial mass of the cylinder drum without impairing the strength of the same.
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Zylindertrommel aus Leichtmetall besteht. Dieser Erfindungsgedanke eröffnet die Möglichkeit zu zahlreichen verschiedenen vorteilhaften Weiterausgestaltungsformen. Die Zylindertrommel kann aus einer Aluminiumlegierung bestehen bzw. aus einem Werkstoff, wie er unter Bezeichnung Konstruktal bekannt ist. Zu berücksichtigen ist, daß bereits eine hydrostatische Kolben- maschine bekannt list, bei der die Kolben aus einem Kern und einer Ummantelung aus hartem Metall beispielsweise Stahl oder Hartchrom bestehen, wobei der Kern aus einem Werkstoff von geringen spezifischen Gewicht und genügender Elastizität, beispielsweise Leichtmetall, besteht und wobei die Zylindertrommel aus einem Werkstoff mit gleich großem Temperatur-Ausdehnungs-Koeffizienten, beispielsweise dem gleichen Werkstoff wie der Kolbenkern besteht (DE-AS 1 033 028). Diese Ausgestaltung ermöglicht nichttdie gemäß der Erfindung erzielten Fortschritte und Vorteile zu erzielen und gibt eine Anregung in dieser Richtung.For this purpose it is provided according to the invention that the cylinder drum consists of light metal. This inventive idea opens up the possibility of numerous various advantageous refinements. The cylinder drum can consist of an aluminum alloy or a material as it is called Is known constructally. It should be noted that a hydrostatic Pistons- machine known list in which the pistons consist of a core and a casing made of hard metal, for example steel or hard chrome, the core being made of a material of low specific weight and sufficient Elasticity, for example light metal, is made and the cylinder drum made of a material with the same temperature expansion coefficient, for example consists of the same material as the piston core (DE-AS 1 033 028). This design does not permit the advances and advantages achieved in accordance with the invention achieve and gives a stimulus in this direction.
Besonders zeckrnig ist, wenn auf die Steuerstirnflce der Zylindertrommel eine Sinterbronzeschicht aufgebracht, vorzugsweise im Heißpreßsinterverfahren unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Hitze aufgebracht wird. Sofern die Kristallgitterstruktur der Bronze nicht zu der des Leichtmetalls paßt ist vor Aufsintern der Bronzeschicht zweckmäßigerweise eine Zwischenschicht aus einem bezüglich der Kristallgitterstruktur sowohl zum Leichtmetall als auch zur Sinterbronze passenden Werkstoff aufzubringen, beispielsweise aus Nickel oder vorzugsweise aus Kupfer. Das Aufbringen dieser Zwischenschicht kann vorzugsweise galvanisch erfolgen.It is particularly bad when on the control face of the cylinder drum a sintered bronze layer applied, preferably in the hot press sintering process under simultaneous application of pressure and heat. Unless the crystal lattice structure The bronze does not match that of the light metal before the bronze layer is sintered on expediently an intermediate layer made of one with respect to the crystal lattice structure to apply material suitable for both the light metal and the sintered bronze, for example made of nickel or preferably made of copper. The application of this intermediate layer can preferably be done galvanically.
b Bei Axialkolenmaschinen, die mit hohem Flüssigkeitsdruck betrieben werden sollen, kann es zweckmäßig sein, wenn am äußeren Umfang der Zylindertrommel eine Ummantelung bzw. Bandage zur Erhöhung der Festigkeit der Zylindertrommel aufgebracht wird. b For axial piston machines that operate with high fluid pressure should be, it can be useful if on the outer circumference of the cylinder drum a sheathing or bandage is applied to increase the strength of the cylinder drum will.
Solche Bandage kann aus einem Stahlring bzw. Stahlband bestehen.Such a bandage can consist of a steel ring or steel band.
Zur besseren Aufnahme der Kräfte, die von der Hydroflüssigkeit in den Zylinderräumen auf die Zylindertrommel wirken und zur Verbesserung der Gleitbedingungen für die Kolben im Zylinder kann vorgesehen sein, daß in die Zylinderbohrunget eine Buchse eingesetzt ist. Diese Buchse kann eine nitriert, beispielsweise gasnitrierte oder badnitrierte Stahlbuchse sein, in der ein Bronzekolben läuft oder in der hart auf hart ein gehärtet er Stahlkolben läuft. In eine gehärtete oder ungehärtete Stahllaufbüchse kann aber auch eine Laufschicht, vorzugsweise eine sehr dünne Laurschicht aus Bronze eingebracht sein. Die Wandstärke dieser Laufschicht kann vorzugsweise annähernd 1,5 ß des Durchmessers der Innenbohrung der Laufbüchse betragen.In order to better absorb the forces generated by the hydraulic fluid in the cylinder chambers act on the cylinder drum and improve the sliding conditions for the piston in the cylinder it can be provided that a Socket is inserted. This bushing can be nitrided, for example gas nitrided or bath-nitrided steel bushing in which a bronze piston runs or in which hard on hard a hardened steel piston runs. In a hardened or unhardened steel barrel but can also be a running layer, preferably a very thin layer of bronze made of bronze be brought in. The wall thickness of this running layer can preferably be approximately 1.5 ß of the diameter of the inner bore of the liner.
Die Lauschicht kann im Schleudergießverfahren oder durch galvanisches Ausscheiden oder durch Sintern aufgebracht werden oder als metallischer Körper in die Innenbohrung eingebracht und werden durch mechanische Verfahren wie RolleXWalzen oder ein thermisches Verfahren wie Kälte schrumpfen bzw. durch Ausdehnen eines zum Zwecke des Einpressens der Laufschicht in die Lauf- es büchsenbohrung eingeführtc-n,von innen erhitzten Dorn. Die Laufbüchse selbst kann mit Übermaß gefertigt und in die Zylindertrommel eingepreßt oder in Kälte geschrumpft und dann in die Zylindertrommel eingedrückt oder kann eingelötet oder eingeklebt n werden. Insbesondere ein Lot hat den Vorteil, eine besonders n gute Wärmeübergang von der Laufbüchse an das'Zylindertrommelmaterial zu ermöglichen.The eavesdropping layer can be centrifugally cast or galvanized Precipitated or applied by sintering or as a metallic body in the inner bore and are made by mechanical processes such as RolleX rolling or a thermal process such as cold shrink or by expanding a to For the purpose of pressing the running layer into the running it bushing bore inserted c-n, thorn heated from the inside. The liner itself can be oversized and pressed into the cylinder barrel or shrunk in the cold and then into the Cylinder drum pressed in or can be soldered or glued in n. In particular A solder has the advantage of a particularly good heat transfer from the liner to enable the cylinder drum material.
Beim Vorhandensein von Laufbüchsen in der Zylindertrommel kann es genügen, eine äußere Ummantelung oder Bandage nur an dem der Steuerstirnfläche benachbarten Teil des Außenmantels der Zylindertrommel vorzusehen. Auch eine solche äußere Ummantelung kann aufgebracht werdenJindem die Zylindertrommel in der Kälte geschrumpft und bzw. oder der Ummantelungsring erwärmt wird oder indem die Bandage aufgelötet oder mit einem Kleber, vorzugsweise Hartkleber, der die Spannungen von der Zylindertrommel auf die Bandage gut überträgt, aufgeklebt wird. Die Bandage kann auch gewickelt sein.If there are liners in the cylinder drum, it can suffice, an outer sheathing or bandage only on the one adjacent to the control face Provide part of the outer jacket of the cylinder drum. Also such an outer covering can be applied by shrinking the cylinder drum in the cold and resp. or the sheathing ring is heated or by soldering the bandage on or with an adhesive, preferably hard adhesive, which relieves the tension from the cylinder drum transfers well to the bandage, is glued on. The bandage can also be wrapped be.
Bei einer LauRbüchze mit einer Laufschicht aus Bronze soll diese gut zerspanbar sein möglichst derart, daß sich beim TieS-lochspindeln Eurzspäne ergeben. Außerdem soll der Wärmeausdehnungskoeffizient der Bronze möglichst nahe bei dem des Stahls der Laufbüchse liegen. Ferner soll die Verbindung von Stahlbüchse und Laufschicht so innig und fest sein, daß die Lauf- schicht allen Kräften standhält, also einerseits den Radialkräften aus den Kolben;den radialen Plüssigkeitskräften, die die Laufschicht aufzuweiten suchen und andererseits den axialen Reibungskräften und den hydraulischen Kräften, die auf die Stirnfläche axial wirken. Ferner soll eine gute Wärmeabfuhr durch die Laurschicht in die Laufbuchse und von dieser in die Zylindertrommel gewährleistet sein. Die Mindestwandstärke der Bronzeschicht wird in vielen Fällen durch die Fertigungsmöglichkeiten und die erforderlichen Fertigungstoleranzen bestimmt sein.In the case of a LauRbüchze with a running layer made of bronze, this should be good be machinable, if possible, in such a way that Euro chips result from the TieS hole spindles. In addition, the coefficient of thermal expansion of the bronze should be as close as possible to the of the steel of the liner. Furthermore, the connection of steel bushing and Running layer be so intimate and firm that the running shift everyone Withstands forces, on the one hand the radial forces from the pistons; the radial forces Positive forces that seek to widen the running layer and, on the other hand, the axial frictional forces and the hydraulic forces acting on the axial face works. Furthermore, a good heat dissipation should be through the Laurschicht in the liner and be guaranteed by this in the cylinder drum. The minimum wall thickness the bronze layer is in many cases due to the manufacturing capabilities and the required manufacturing tolerances be determined.
Das Aufbringen einer Bronzeschicht auf die Stirnfläche einer stählernen Zylindertrommel im HeißpreßsinterverSahren ist ansich bekannt (DE-OS 2 431 254).The application of a layer of bronze to the face of a steel one Cylinder drum in the hot press sintering process is known per se (DE-OS 2 431 254).
Es ist auch bereits bekannt, um größere Schwenkwinkel erzielen zu können die Kolbenstange unmittelbar gegen die Wand der Zylindertrommel anliegen zu lassen (FR-PS 73.29921). Für eine solche Maschine mit unmittelbarer Kolbenstangenmitnahme ist es auch bereits bekannt, den Bereich, in den die Kolbenstangenanlage erfolgt bezaglich des Werkstoffes und bzw. oder des Durchmessers und der Lage der Achse abweichend zu gestalten von dem Zylinderteil, in dem der Kolben dichtend geführt ist (DE-OS 2 619 005). Um diese Möglichkeiten vorteilhaft auszu- nutzen,ergeben sich gemäß der Erfindung verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten.It is also already known to achieve greater pivot angles the piston rod can lie directly against the wall of the cylinder drum to let (FR-PS 73.29921). For such a machine with direct piston rod drive it is also already known the area in which the piston rod system takes place regarding the material and / or the diameter and the position of the axis to be designed differently from the cylinder part in which the piston is sealingly guided is (DE-OS 2 619 005). In order to take advantage of these possibilities use, surrender According to the invention, there are various advantageous design options.
Besonders zweckmäßig ist, wenn eine Zylindertrommel gemäß der Erfindung insbesondere dann, wenn der Kolben und bzw. oder die Kolbenstange unmittelbar in bzw. an dem Zylindertrommelwerkstof, gleiten, zumindest in der Zylinderbohrung eloxiert ist, das ch heißt in dem als Eloxierverfahren bezeichneten Verfahren elektris oxydiert ist.It is particularly useful if a cylinder drum according to the invention especially when the piston and / or the piston rod is directly in or on the cylinder drum material, slide, at least anodized in the cylinder bore is, that is, in the process known as anodizing process, it is electrified is.
Besonders vorteilhafte Weiterausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Particularly advantageous refinements are set out in the subclaims specified.
Es ist zweckmäßig, darauf zu achten, daß für Laufbüchsen und bzw. oder Ummantelung ein Werkstoff verwendet wird, der nicht nur hinreichende Festigkeit aufweist sondern auch bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten zu den1Werkstoff der Zylindertrommel paßt bzw. daß die Gestaltung derart ausgeführt wird, daß durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auftretende Spannungen günstig aufgenommen werden.It is advisable to make sure that for liners and resp. or sheathing, a material is used that not only has sufficient strength but also with regard to the coefficient of thermal expansion to the 1 material the cylinder drum fits or that the design is carried out in such a way that through different thermal expansion coefficients occurring stresses favorably absorbed will.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention shown.
Die Zylindertrommel l besteht aus Leichtmetall. In jede Zylinderbohrung 1 ist eine Stahlbüchse 2 eingesetzt, die auf ihrer Innenseite mit einer Bronzelaufschicht 3 versehen ist. An dem mittleren Teil der Stirnfläche 4 der Zylindertrommel ist eine Sinterbronzeschicht 5 angeordnet. Jeder Zylinder ist durch einen Kanal 6 mit der Stirnfläche der Bronzeschicht 5 verbunden. Die Zylindertrommel 1 weist in ihrem mittleren Bereich eine Zentralbohrung 7 auf, die für die Aufnahme eines die Zylindertrommel führenden Niitelzapfens vorgesehen ist.The cylinder drum l is made of light metal. In every cylinder bore 1 a steel sleeve 2 is used, which is covered on its inside with a bronze coating 3 is provided. At the middle part of the end face 4 is the cylinder drum a sintered bronze layer 5 is arranged. Each cylinder is through a channel 6 with the end face of the bronze layer 5 connected. The cylinder drum 1 has in its middle area has a central hole 7 for receiving a cylinder drum leading Niitelzapfens is provided.
Radial zu jedem Zylinder führend ist in der Zylindertrommel eine Bohrung 8 vorgesehen, die zu einer Nut 9 auf der Außenseite der Laufbuchse 2 führt.There is a bore in the cylinder drum leading radially to each cylinder 8 is provided, which leads to a groove 9 on the outside of the liner 2.
In dem der Stirnfläche 4 benachbarten Teil ist auf den Außenumfang der Zylindertrommel 1 ein Stahlring 10 stramm aufgesetzt.The part adjacent to the end face 4 is on the outer circumference the cylinder drum 1 a steel ring 10 placed tightly.
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