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Kolben für hydrostatische Axialkolbenaggregate Es gibt eine verhältnismäßig
große Anzahl von Bauweisen für hydrostatische Axialkolbenaggregate, d. h. Axialkolbenpumpen
und Axialkolbenmotoren. Wegen ihrer Einfachheit und ihres verhältnismäßig geringen
Raumbedarfs werden insbesondere bei hydrostatischen Getrieben für den Fahrantrieb
von Fahrzeugen in der Hauptsache solche Axialkolbenaggregate verwendet, die aus
einer Kolbentrommel, deren Kolben über beiderseits kardanisch angelenkte Pleuelstangen
mit einem gegenüber der Kolbentrommel schräg einstellbaren Flansch verbunden sind,
bestehen. Dieser Flansch .steht entweder senkrecht zu seiner An- bzw. Abtriehswelle,
wobei dann die Kolbentrommel gegenüber der Mittellinie dieser Welle schräggestellt
ist, oder der Flansch ist als sogenannte Schief- oder Taumelscheibe ausgebildet
und steht dann .schräg zu seiner An- bzw. Abtriebswelle. In letzterem Falle ist
die Kolbentrommel konzentrisch zu der Schief- bzw. Taumelscheibenwelle angeordnet.
Die Mitnahme der Kolbentrommel erfolgt in beiden Fällen am einfachsten und bei den
am meisten verbreiteten Aggregaten durch die an der Kolbeninnenseite zur Anlage
kommenden Pleuelstangen.
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Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß bei derartigen Axialkolbenaggregaten
und gewissen Anwendungsgebieten, beispielsweise bei hydrostatischen Getrieben im
Fahrantrieb von Hubstaplern, verhältnismäßig häufig Kolbenbrüche eintreten, die
man sich bisher nicht erklären konnte.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis der Ursachen dieser Kolbenbrüche
zugrunde, und zwar ist- die Ursache in folgendem zu sehen: Bei Fahrzeugantrieben
liegen wegen des häufigen Wechsels zwischen Beschleunigen und Verzögern beim Anfahren
und Bremsen besonders ungünstige Betriebsbedingungen für hydrostatische Getriebe
vor. Die Mitnahme der Kolbentrommel erfolgt durch zeitweilige Anlage der Pleuelstangen
am Kolbenrand'. Beim Übergang vom Beschleunigen zum Bremsen und umgekehrt ändert
sich die Richtung der erforderlichen Mitnahmekraft. Die Pleuelstange kommt bei einem
solchen Wechsel nach Überwindung des Mitnahmespiels schlagartig auf dem dem ursprünglichen
Anlagepunkt diametral gegenüberliegenden Punkt des Kolbenrandes zur Anlage. In den
bisherigen Hauptanwendungsfällen von hydrostatischen Getrieben erfolgt diese Richtungsumkehr
allmählich, ohne daß dabei eine besondere Schlagwirkung auftritt. Bei hochbeanspruchten
Fahrantriebsgetrieben, die normalerweise im Interesse einer möglichst gedrängten
Bauweise mit sehr hohen Betriebsdrücken arbeiten, tritt dagegen bei dieser Richtungsumkehr
ein verhältnismäßig starker Schlag auf, und zwar infolge der großen Häufigkeit des
Wechsels zwischen Beschleunigen und Bremsen entsprechend oft. Dies gilt insbesondere
für Hubstapler, bei denen dieser Wechsel sowie eine Umsteuerung von Vorwärts- auf
Rückwärtsfahrt ganz besonders häufig erforderlich ist.
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Die Kolberunantelfiäche und die das kolbenseitige, kugelige Ende der
Pleuelstange aufnehmende Kugelschale derartiger Kolben werden gehärtet, um einen
möglichst geringen Verschleiß zu erzielen. Die Härtung der Kolben erfolgt meistens
durch Einsetzen, beispielsweise durch Nitrieren. Dabei wird der gesamte Kolben,
d. h. seine sämtlichen frei liegenden Oberflächen, mitgehärtet. Unter den weiter
oben geschilderten ungünstigen Betriebsbedingungen halten die Kolbenränder der häufigen
Schlagbeanspruchung nicht stand und zeigen nach längerer Betriebszeit Längsrisse,
die zur völligen Zerstörung des Kolbens führen. Die Begründung hierfür dürfte darin
liegen, daß beispielsweise bei der Nietrierung die Härtetiefe nicht zu gering gewählt
werden darf, weil die gehärtete Schicht sonst nicht auf dem ungehärteten Kern haftet.
Wenn man da-, in. Richtung auf den Kolbenrand zu verhältnismäßig dünne Kolbenhemd
beiderseits härtet, so bleibt nur nach ein sehr dünner Kern
ungehärteten
und somit zähen Werkstoffes zurück. Auch wird durch die Härtung die Dauerbiegefestigkeit
des Werkstoffes., auf die es bei der geschilderten Beanspruchung durch die aufschlagenden
Pleuelstangen ankommt, verschlechtert. Mit Rücksicht auf den Kolbenverschleiß kann
man aber auf die Härtung nicht einfach verzichten.
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Die Lösung gemäß der Erfindung berücksichtigt beide Gesichtspunkte.
Sie besteht darin,, d'aß auf den am Kolben zur Anlage kommenden Teil der Pleuelstange
und/oder auf den hierbei berührten Bereich der Wandfläche des Kolbenhohlraums eine
Schicht aufgebracht wird, die aus einem d'auerschlaganempfindlichen Werkstoff mit
einem beträchtlich unter dem Elastizitätsmodul des Kolbenwerkstoffes liegenden Elastizitätsmodul
besteht. Der Überzug kann beispielsweise aus einem verhältnismäßig weichen Metall,
wie beispielsweise Kupfer, Blei od. dgl., oder auch aus einem geeigneten Kunststoff
bestehen. Es ist auch möglich, eine Schicht zu verwenden, die aus in einem Kunststoff,
beispielsweise Kunstharz oder Polyamid, inkorporierten Metallteilchen bestehen.
In diesem Falle wie auch dann, wenn eine reine Kunststoffschicht verwendet wird,
ist es zweckmäßig, die Innenauskleidung des Kolbenhohlraumes um den Kolbenrand bis
etwa zur Kolbenmantelfläche herumzuziehen, weil hierdurch eine bessere Verankerung
der Schicht am Kolbenwerkstoff ermöglicht wird.
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Es ist bekannt, die Berührungsflächen von Maschinenteilen, die bestimmungsgemäß,
ursächlich bedingt schlagartig gegeneinanderprallen oder dauernd unter einem gleichbleibenden
oder veränderlichen Druck miteinander in Berührung stehen, z. B. Ventilsitze, Rückschlagklappen
od. d'gl., mit schlagdämpfendem Werkstoff zu versehen. Derartige schlagdämpfende
Werkstoffe werden beispielsweise als Beilagen und Dämpfungsglieder zwischen Federn
und Ventilteller, aber auch zwischen Federn. verschiedener Charakteristik als Stöße
absorbierende Massen angeordnet. Es ist auch bekannt, in schneller Folge hin-und
hergehende Teile, wie Kolben in Preßlufthärnmern u. d'gl., teilweise oder ganz aus
Kunststoffen herzustellen, um die Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit zu erhöhen
bzw. um eine Gewichtsersparnis zu bewirken.
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Die bekannten Anwendungen von Stöße absorbierenden Werkstoffen haben
zum Gegenstand der Erfindung keine Beziehung.
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Die Berührung von in Axialkolbenpumpen kardanisch zwischen Kolben
und dem beispielsweise als sogenannte Schief- oder Taumelscheibe ausgebildeten Flansch
angeordneten Pleuelstangen unter zeitweilig besonders ungünstigen Betriebsverhältnissen
mit der Kolbeninnenseite ist nicht bestimmungsgemäß, tritt jedoch bei hochbeanspruchten
Fahrantriebsgetrieben, wie Hubstaplern, bei schlagartiger Richtungsumkehr auf.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die auf den Kolbenrand
zur Auswirkung kommenden Schlagbeanspruchungen wesentlich herabgesetzt und hierdurch
die Gefahr eines Dauerbruches des Kolbenrandes, die zur völligen Zerstörung des
gesamten Kolbens führt, vermieden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher beschrieben und! erläutert.
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Abb. 1 zeigt im Längsschnitt einen Kolben, bei dem die Wandfläche
des Kolbenhohlraums mit einer dämpfenden Schicht überzogen ist; Abb. 2 zeigt, ebenfalls
im Längsschnitt, eine gemäß der Erfindung ausgebildete Pleuelstange.
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Der in Abb. 1 dargestellte Kolben 1 ist zumindest an seiner
Mantelfläche 2 und an dem zur Aufnahme des kugeligen Pleuelstangenkopfes 3 (Abb-.
2) dienenden Kugelschale 4 gehärtet. Um die Härtung im Einsatz zu erleichtern und
ein Abdecken einzelner Teile zu vermeiden, können auch sämtliche frei liegenden
Oberflächen des Kolbens mitgehärtet werden; weil sie durch die erfindungsgemäß aufgebrachte
Schicht vor harten Schlägen geschützt werden. Derjenige Teil s der Wandfläche 6
des Kolbenhohlraumes 7, an dem die Pleuelstangen 8 bei der Mitnahme der Kolbentrommel
zur Anlage kommen, ist mit einer Schicht 9 überzogen, die aus einem dauerschlagunempfindlichen
Werkstoff mit einem beträchtlich unter dem Elastizitätsmodul des Kolbenwerkstoffes
liegenden Elastiizitätsmodul besteht. Die Schicht 9 ist innen zur Verbesserung der
Haftung in einer Ringnut 1d verankert und außen bei 11 um den Kolbenrand 12 bis
etwa zur Kolbenmantelfläche 2 herumgezogen. Erforderlichenfalls kann die Haftung
der Schicht 9 auch: durch über deren gesamten Bereich verlaufende Nuten verbessert
werden, wie dies für ähnliche Aufgaben allgemein bekannt ist.
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Gemäß Abb. 2 ist auf den Hals der Pleuelstange 8, d. h. auf denjenigen
Teil, der bei der Mitnahme mit dem Kolben 1 in Berührung kommt, eine Schicht 13
aufgebracht, die aus den gleichen Werkstoffen beseht wie die Schicht 9. ' Man kann
sowohl auf dem Kolben als auch auf der Pleuelstange eine Schicht er geschilderten
Art aufbringen; in der Praxis kann es jedoch auch ausreichend sein, wenn nur auf
dem Kolben oder nur auf der Pleuelstange eine derartige Schicht aufgebracht wird.
In diesem Falle wird man dasjenige Bauteil mit einer derartigen Schicht versehen,
bei dem deren Aufbringung einfacher ist.
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Die Ansprüche 2 bis 5 gelten als echte Unteransprüche und nur in Verbindung
mit dem Anspruch 1.