(57)【要約】  ピストンエンジン、特に斜軸式のアキシアルピストンエンジン（１）用のピストン（２）は、円錐部分（２６）と、首部領域（１９）と、上述の首部領域（１９）上に形成される球体端部（９）と、そのピストン内に形成される空隙（１５）と、上述の空隙（１５）内に形成されるピン（１４）とを備える。そのピストン（２）の壁（２０）は、その軸方向長さの異なる部分において異なる材料厚さを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンエンジン、特に斜軸式のアキシアルピストンエンジン（１）用のピストン（２）であって、前記ピストンは、円錐部分（２６）と、首部領域（１９）と、前記首部領域（１９）上に形成される球体端部（９）と、前記ピストン内に形成される空隙（１５）と、前記空隙（１５）内に形成されるピン（１４）とを備え、前記ピストン（２）の壁（２０）は、その軸方向長さの異なる部分において異なる材料厚さを有することを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記ピストン（２）のベース（１６）と、前記球体端部（９）の領域とにおける前記ピストン（２）の材料厚さは、前記円錐部分（２６）におけるものよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記空隙（１５）の半径方向の径は、前記ピストン（２）の前記ベース（１６）へ向けて減少することを特徴とする請求項１又は２に記載のピストン。
【請求項４】
前記空隙（１５）は、前記空隙（１５）の前記壁（２０）の内面を前記ピン（１４）へ当接することにより、前記首部領域（１９）において閉じられることを特徴とする請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
少なくとも１箇の内腔（２２）が、前記首部領域（１９）に形成されることを特徴とする請求項４に記載のピストン。
【請求項６】
前記空隙（１５）に、前記少なくとも１個の内腔（２２）を通して流体を充填できることを特徴とする請求項５に記載のピストン。
【請求項７】
縦方向内腔（２３）が、前記ピン（１４）内に形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のピストン。
【請求項８】
絞り手段（２４）が、前記縦方向内腔（２３）内に設けられることを特徴とする請求項７に記載のピストン。
【請求項９】
前記ピストン（２）はピストンリング（８）を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のピストン。
【請求項１０】
前記ピストンリング（８）は、前記ピストン（２）の前記ベース（１６）の領域における溝（２５）内に配設されることを特徴とする請求項９に記載のピストン。
【請求項１１】
空洞（２１）が、前記球体端部（９）内に形成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のピストン。
【請求項１２】
前記ピストン（２）は、冷間押出しとロータリースウェージング加工により丸い素材（１３）から製造されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のピストン。
【請求項１３】
前記丸い素材（１３）の材料厚さは、前記球体端部（９）の径の１．１〜１．５倍、好ましくは１．１５〜１．２倍になるように、寸法がきめられることを特徴とする請求項１２に記載のピストン。
【請求項１４】
前記丸い素材（１３）の径により、前記ピストン（２）の最大径が決まることを特徴とする請求項１３に記載のピストン。
【請求項１５】
ピストンエンジン、特に斜軸式のアキシアルピストンエンジン（１）用のピストン（２）を製造するプロセスにおいて、前記ピストン（２）は、円錐部分（２６）と、首部領域（１９）と、前記首部領域（１９）上に形成される球体端部（９）と、前記ピストン内に形成される空隙（１５）と、前記空隙（１５）内に形成されるピン（１４）とを備えるプロセスであって、ピストン（２）の壁（２０）はその軸方向長さの異なった断面において、異なった部材の厚みを有し、
ａ）丸い素材（１３）を所望の長さまで縁取りするステップと、
ｂ）冷間押出しにより、内部輪郭を加工するステップと、
ｃ）荒旋削により、前記外部輪郭を調製するステップと、
ｄ）スウェージング加工により、前記外部輪郭を加工するステップと、
ｅ）仕上げするステップとを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項１６】
前記第２のステップｂ）は、
前記ピン（１４）と前記空隙（１５）用の適切な径を選択する部分ステップと、
前記ピストンの前記ベース（１６）用の材料厚さを選択する部分ステップと、
選択された寸法を考慮して、前記ピストン（２）の前記内部輪郭を冷間押出しする部分ステップとを含むことを特徴とする請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記第３のステップｃ）は、
前記ピストン（２）用の前記外部輪郭を荒旋削して、前記ピストン（２）の円錐部分（２６）になるように材料を除去する部分ステップと、
整形される前記球体端部（９）の領域において肩部（１８）の形態に材料厚さを調整する部分ステップとを含むことを特徴とする請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記第５のステップｅ）は、
前記ピストン（２）の前記首部領域（１９）に少なくとも１個の内腔（２２）を設ける部分ステップと、
前記ピストン（２）内の空隙（１５）を適切な流体で充填する部分ステップと、
前記ピン（１４）内に、絞り手段（２４）を有する縦方向内腔（２３）を設ける部分ステップと、
前記ピストン（２）のベース（１６）の領域内にピストンリング（８）用の溝（２５）を設ける部分ステップと、
前記ピストン（２）を硬化し、研磨する部分ステップとを含むことを特徴とする請求項１５に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の斜軸式のアキシアルピストンエンジン用のピストンと、請求項１５に記載のピストンを製造するプロセスとに関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシアルピストンエンジンは、例えば、流体圧用の流体圧ポンプとして一般によく知られている。特許文献１から、例えば、ポンプ本体と、円筒形ロータと、上述のロータを取囲み、且つ、中で上述のロータが締付けられる外部担持体とを備える油圧ポンプが知られている。移送される流体用の入口と出口も、ポンプ本体の片面に設けられる。ロータ内に、等しい角度間隔でロータ軸に関して平行に又は半径方向に延びる幾つかのシリンダが形成される。ロータが回転するときに前後に移動できるピストンが、シリンダ内に配設される。ロータ用のカム駆動部が設けられ、その手段によりシリンダが、その面を通して引続いて動かされ、流体を吸込む目的のために入口を通過し、引続いて出口を通過し、その結果、上述の流体は、ピストンの作用の下で出口面において吐出される。入口と出口との間にも事前圧縮ゾーンが設けられ、シリンダが上述の入口から上述の出口まで動くときに、シリンダはそのゾーンを通して動く。
【０００３】
既知の斜軸式のアキシアルピストンエンジンについての欠点なるものは、特にピストンの中実構造にあり、その構造は、一方では、作動している力のためにピストンエンジンの回転速度を制限する。
【０００４】
他方では、中実ピストンの場合、アキシアルピストンエンジンが作動しているときにシリンダドラムの回転の不規則性のために不可避である衝撃を、吸収する容量は不十分であり、その結果、その回転速度が同様に制限され、加えて、ピストンとシリンダドラムへの機械的損傷が、一層早く生じる恐れがある。
【０００５】
【特許文献１】独国出願公開明細書第３３１９８２２Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、斜軸式のアキシアルピストンエンジン用のピストンを提供することにあり、そのピストンは、衝撃を吸収するに足るように、軽量かつ弾性があり、高い回転速度でも往復移動を保証し、それは製造の観点から好ましく、また上述の目的は、そのようなピストンを製造するプロセスを示すことにもある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、ピストンに関しては、請求項１の特徴の手段により、プロセスに関しては、請求項１５の特徴の手段により達成される。
【０００８】
ピストンは好都合には、空隙及び内部と外部の輪郭を有し、個別領域の材料厚さが、必要条件に応じて異なるように選択される。
【０００９】
ピストンリングを受容する厚いベースの構造、ピストンを安定化するための殆ど中実の球体端部の構造、及び重量を節減する目的のためのピストンの円錐領域における薄い壁の構造は、特に好都合である。
【００１０】
本発明による構成されるピストンと、本発明によるプロセスとの好都合な別の改良点は従属項に示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明及びその発明の手段により得ることができる他の利点を、好ましい構成と図面に基づいて以下に一層詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明により構成されるピストン２を使用するのに適切である斜軸式のアキシアルピストンエンジン１の軸方向断面を示す。アキシアルピストンエンジン１の基本的構成は知られているので、以下の説明を、本発明に必要な構成に制限することが可能である。
【００１３】
アキシアルピストンエンジン１は、シリンダドラム３を備え、そこにおいて、複数のシリンダ４が、好ましくは等しい角度間隔で形成され、そのシリンダ内で流体を移送するピストン２が案内される。アキシアルピストンエンジン１は、シリンダドラム３を駆動する回転軸手段５を有する。上述のシリンダドラム３は、それ自体の傾斜を調整できる面６方向に延出し、その結果、ピストン２は、シリンダ４内で前後に動かされて、流体を移送する。面６を運ぶ構成要素７の半径方向経路に沿う変位により、上述の面６の傾斜角度が変わり、それと共に、ピストン２の行程、即ち、送出される量が変わる。停止部材１２が、構成部材７の旋回自在角度を限定する目的のために設けられる。
【００１４】
ピストン２は、円錐部分２６と、首部領域１９と、並びに上述の首部領域１９上に形成され、そして、案内本体１０と係合し、且つ、上述の案内本体１０を通してシャフト手段５と機能的に接続する球体端部９とを有する。円錐部分２６には、封止目的に役立つピストンリング８が設けられる。
【００１５】
シャフト手段とシリンダドラム３の回転の同期化は、それぞれのシリンダの壁１１にかかる円錐部分２６を伴うピストン２により生じる。円錐ピストン２及び対応するシリンダ壁１１の幾何学的形状のために、シャフト手段５とシリンダドラム３との間の角度差が生じ、その角度差は、回転角度に応じて異なり、且つ、上述のシリンダドラム３の不規則な回転を生成する。
【００１６】
これらの状況の下で、シリンダドラム３は、シリンダ壁１１に関して最小の角度差を有するピストンによってだけ、それぞれの場合に同伴される。角度差がΠ周期関数であるので、ピストン２のそれぞれは、案内ピストンとして１回転に２回交互に変わる。それぞれの場合、図１においてＯＴとＵＴによりそれぞれ明示されるように、直径方向に反対のピストンへの同伴の変化は、ピストン２の上部と下部の死点の中心近くで生じる。シリンダドラム３の回転の不規則性は、旋回角度の中間範囲において最大である。アキシアルピストンエンジン１の旋回の最大角度の拡大は、旋回角度の中間範囲における不規則性の超比例的な上昇を生じる。
【００１７】
角度差のカーブは、それぞれのピストン２の同伴範囲の個別のカーブ部分から成り、且つ、数学的に不連続であるので、理論的に、無限に短い期間の速度ジャンプが、同伴の変化時に生じる。これらの速度ジャンプは、回転速度に、且つ、シリンダドラム３の回転における同期からの逸脱の振幅にも左右され、そして、衝撃を生じ、その衝撃は、ピストン２とシリンダ壁１１との間の接着摩損を伴うシリンダドラム３の危険回転振動をもたらし、その結果、アキシアルピストンエンジン１の機能不良をもたらすことがある。
【００１８】
ピストンの弾性バネたわみの可能性が、適切な手段により向上されるならば、衝撃の場合に生じる力を、衝撃エネルギーを吸収する向上された容量により減少できる。
【００１９】
本発明によれば、提供されるアキシアルピストンエンジン１のピストン２は、従って、弾性バネたわみの向上された可能性を得るために、できるだけ薄い壁厚を有する密閉された中空ピストン２として構成される。これは、斜軸式のアキシアルピストンエンジン１の場合に、特に、斜板式のアキシアルピストンエンジンと対照的に、シリンダドラム３を同伴する無視できる小さい横方向力だけを伝達すればよい理由のために、実施可能である。
【００２０】
ピストン２の構成は、その特有の円錐形状の理由で、冷間押出しされた半完成品から回りすえ込加工された部材として考えられる。この場合、壁厚を適切に薄いように選択できるが、強度の理由のためにピストンリング８の領域においてだけ最大壁厚を選択する必要がある。というのは、ピストン２が、この領域における作動圧力による荷重を受けるからである。
【００２１】
これらの状況の下で、最適化された重量の弾性ピストン２の利点は、斜軸式のアキシアルピストンエンジン１の回転速度と旋回角度を増加する可能性を提供することに特にある。
【００２２】
この場合にピストン２は、図２Ａ〜２Ｅにおいて線図的に示されるように、本発明に従うプロセスにより製造される。
【００２３】
図２Ａは、第１のプロセスステップを示し、そこにおいて、丸い素材１３が、所望の長さに縁取りされる。この場合に上述の丸い素材１３の径は好ましくは、ピストン２の球体端部９の径の約１．１〜１．５倍、好ましくは約１．１５〜１．２倍になる。即ち、同時に円錐ピストン２の最大径である。
【００２４】
次のプロセスステップが図２Ｂに示され、その手段により、内部輪郭が、冷間押出しにより丸い素材１３中に圧入される。ピストン２の強度を保証する適切な厚さの材料が、内部的に形成されるピン１４のために、上述のピンが中に延びるピストン２内の内部空隙１５のために、且つ、上述のピストン２のベース１６のために選択される。冷間押出し作業から生じる材料の上部余剰部材７は、引続く処理ステップ中は、そのまま残すことができ、ピストン２の別の整形にも使用できる。空隙１５は、ピストン２のベース１６へ向けて面する領域において小さい径を有し、従って、ベース１６は、この領域において大きい壁厚を有する。
【００２５】
図２Ｃは、荒旋削により、ピストン２の外部輪郭を調製することを含む次のプロセスステップを示す。この作業において、素材の閉止端部の領域において材料が除去される一方、開放端部の領域においては、材料の増加された厚さを有する肩部１８が残される。引続くプロセスステップにおいて、この領域は、ピストン２の球体端部９を形成するように整形される。同時に、ピストン２のベース１６の領域における壁厚は、ピストンリング８を、上述のピストン２を弱化することなく取付けできるように選択される。
【００２６】
図２Ｄは、球体端部９の領域におけるピストン２のロータリースウェージング加工を含むプロセスステップを示す。一方での球体端部９、及び他方でのピストン２の円錐形状は、ロータリースウェージング加工により製造される。そのプロセスにおいて、首部領域１９が、空隙１５の内壁２０がピン１４へ当接するように形成される。この結果として、上述の空隙１５は、首部領域１９に対して閉止される。別の空洞２１が、球体端部９内に形成される。
【００２７】
最後に、内腔２２であって、それを通して、例えば、オイルのような適切な流体で空隙１５を充填できる内腔２２が、図２Ｅに示されるように、ピストン２の首部領域１９内に設けられる。これにより、上述の空隙１５内に流体の圧力が蓄積されないことが保証される。更に、固定絞り手段２４を有する長手方向内腔２３が、球体端部９の均一な圧力潤滑を確保するために、ピン１４内に設けられる。ピストンリング８用の溝２５が、ピストン２のベース１６の領域中に旋削される。ついで上述のピストン２は、硬化及び研磨される。
【００２８】
本発明は、提供される代表的な実施態様に限定されない。代わりに、対応する構成のピストン２を、大きい死空間により生じる効率低下が受入れられる場合、開放中空ピストン２として構成されてもよい。摩擦溶接された部材としての、又はピストン２のベース１６上にハンダ付けされたカバーを有する、密閉中空ピストン２の実施形態は、同様に考えることができる。本発明の個別の特徴を、任意の所望の仕方で互いに組合せできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による構成されるピストンを使用するのに適切である斜軸式のアキシアルピストンエンジンの切断図
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）本発明による構成されるピストンを製造するのに必要なプロセスステップのダイアグラム
【符号の説明】
【００３０】
１  アキシアルピストンエンジン
２  ピストン
３  シリンダドラム
４  シリンダ
５  回転軸手段
６  面
７  構成部材
８  ピストンリング
９  球体端部
１０  案内本体
１１  シリンダ壁
１２  停止部材
１３  素材
１４  ピン
１５  空隙
１６  ベース
１８  肩部
１９  首部領域
２０  ピストン壁
２６  円錐部分
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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