专利名称：用于工作缸的气缸衬套及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于工作缸的气缸衬套，特别是涉及一种用于气动缸的气缸衬套及其制造方法。
在EP 0 384 948 B1中公开了一种用于活塞气缸成套装置的气缸。这种气缸具有由塑料构成的管状的气缸外壳，其中成型有用于可滑动地容纳活塞的滑动孔。它的壁与至少一个设置在它外面的滑动孔的圆周部分中的加强元件连接，这样的加强元件构成为加强杆或棒。加强元件沿着滑动孔平行于滑动孔的纵向方向延伸，并且被保持在气缸外壳的壁的间隙中。
此外德国专利DE 41 07 375 C2公开了一种用于工作缸的气缸衬套。该气缸衬套包括一个管状的加强部分，它提供多个径向贯通的通孔并且它能够嵌入到管状的内部塑料部分和管状的外部塑料部分之间。这两个塑料部分相互通过穿过通孔延伸的连接突起形状配合连接地整件式地互相连接。
最后从欧洲专利EP 0 572 774 B1中已知一种用于工作缸的外壳，其具有由内管和径向在外面直接接触固定包围内管的、且同轴设置的外管组成的气缸衬套。内管是金属管。外管是塑料管，其由未加强的塑料材料构成。
关于现有技术还要提到德国专利DE 4107375 C2、欧洲专利EP0572774 B1、欧洲专利EP 0384948 B1、日本专利JP 63-176874(摘要)、美国专利US 4207807和美国专利US 3802985。
本发明的任务在于提供一种用于工作缸的气缸衬套，其在高强度和小的重量情况下提供好的滑移性能。
本发明的任务通过一种用于工作缸的气缸衬套完成，所述气缸衬套具有一个由热塑性塑料构成的内管和一个径向在外面包围内管且同轴设置的外管，所述外管由纤维加强的热塑性塑料构成，其中在内管和外管之间设有用于将两个管互相固定连接的中间层。
本发明规定了一种用于工作缸的气缸衬套，其具有一个由热塑性塑料构成的内管和一个径向在外面包围内管且同轴设置的外管，所述外管由纤维加强的热塑性塑料构成。根据本发明在内管和外管之间设置一层中间层，其负责互相固定连接两个管。
根据本发明的第一实施方式，中间层由一层能将两个管互相固定连接的热熔性胶粘剂层构成。通过该中间层可以避免两个管互相的相对运动。
本发明的另一种实施方式规定，中间层由一层导电层构成，借助于该导电层能够产生交变磁场。优选地导电的中间层由单根的导线、由导线构成的编织物或织物构成，其通过被施加交流电压而形成交变磁场来加热与它直接接触的围绕物。通过适当温度的加热，热塑性塑料的内管与同样由热塑性塑料构成的外管可以熔接。这导致互相铺设的两个管紧密和固定粘附地连接。
内管和外管能够由不同的塑料材料构成。内管优选地用于引导活塞和保证密封的以及耐磨的滑动层，在该滑动层上能够尽可能小摩擦地引导以压力流体作用的活塞。此外内管的材料应该具有一定的固有弹性，以便当工作压力高时在任意时刻对活塞表面提供好的密封。此外内层必须具有均匀的圆度和高的表面质量以及满足对滑动磨擦因素的高要求。内管的材料必须具有尽可能高的耐磨性。当然，内管的塑料不能设有一种纤维加强材料，因为这些纤维端导致在内管中滑动的工作活塞的磨损增加以及特别是密封件磨损的增加。因此，对内管使用未加强的塑料，特别是具有非常光滑表面的坚硬的热塑性塑料。
与之相反，外管必须对外部的稳定性负责并且主要用于提供足够高的强度而使当受到工作压力及其外部作用时整个气缸衬套所产生的变形最小。此外，外管还用于提供给气缸衬套对外部环境影响高和持久的耐抗性。必要时可为此在外管上铺设另一保护层，例如以漆层、熔融的粉末涂层或类似形式。
优选地中间层的层厚分别小于内管和外管的壁厚。中间层的最大层厚特别可以是约0.15mm，但是优选地小于约0.1mm。通常纤维加强的外管的壁厚大于内管的壁厚，因为外管负责机械强度。通常内管的典型壁厚是它的内径的约3至8％。外管的典型壁厚是内管的内径的约6至15％。中间层的层厚可以是内管内径的相应地约0.1至0.5％。当例如内管的内径是25mm时，选择内管的典型壁厚是1mm，中间层的层厚为0.05mm，外管的层厚为2mm。
根据本发明的一个实施方式外管由纤维加强的POM(聚甲醛)或者聚酰胺构成。具有纤维含量在约20至50％之间的玻璃纤维或碳纤维特别适合作为纤维加强材料。纤维含量优选为大约30％。使用玻璃纤维可以以成本经济地制造气缸衬套。碳纤维具有非常高的强度并且因此可以减小外管的壁厚，但是由于它本身非常高的材料价格提高了制造成本。
根据本发明的一个实施方式内管可以由加强的ASA(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯)构成。这种材料具有特别有利的滑移特性并且在足够韧性的情况下具有所要求的弹性。
本发明的另一个任务在于提供一种用于制造成本经济的引导工作缸的高强度气缸衬套的方法。
本发明的另外的这个任务通过一种用于工作缸的气缸衬套的制造方法解决，其中连续地由热塑性塑料挤压出一个内管并且由纤维加强的热塑性塑料挤压出一个径向在外面围绕内管且同轴设置的外管，所述外管由纤维加强的热塑性塑料制成，其中在内管和外管之间铺设用于固定连接两个管的中间层。
因此用于工作缸的气缸成套的制造方法规定了下列方法步骤。借助于挤压方法由热塑性塑料制造内管。优选地在内管冷却阶段之后，在内管上铺设中间层。接着在另一个挤压步骤中将外管铺设在中间层上，该外管径向在外面包围内管和中间层并且与内部的层同轴设置。外管和内管通过中间层互相固定地连接。因此可以避免由于不同材料以及相互之间可能不足的粘附而产生的相对运动。
根据本发明方法的一种第一实施方式规定，在内管和外管之间铺设一层能将两个管互相固定相连的由热熔性胶粘剂构成的中间层。在铺设该胶粘剂层之前优选地等待内管冷却下来，因此内管已经具有最终的形状恒定性并且不会由于下面的挤压步骤变形和/或压缩。所述外管在铺设热熔性胶粘剂层之后可以直接铺设在其上并且确定气缸衬套的最终的形状恒定性和强度。
根据本发明方法的另一种实施方式，内管在它制成之后用由导电材料制成的中间层缠绕，接着借助于挤压方法在中间层上铺设由纤维加强的热塑性塑料制成的外管。导电的中间层可以在铺设外管之后被施加电压，从而在内管和外管之间的边界层产生交变磁场。这导致加热并且在合适的控制下导致热塑性塑料的熔化，并且在冷却之后导致在内管和外管之间产生固定和紧密地连接。
本发明的其它方面和优点由从属的权利要求以及下述实施例得出。
在从属权利要求以及下面描述的实施例中给出本发明的其他方面和优点。
下面参考附图详细地描述优选的实施例。其中
图1示出根据本发明的气缸衬套的纵向剖视图；图2示出按照图1的气缸衬套的横向剖视图；图3示出用于制造根据图1的气缸衬套的互相连续的方法步骤的示意纵向剖视图；图4示出气缸衬套的另外一种变型方案的示意纵向剖视图；图5示出根据图4的气缸衬套的示意横向剖视图；以及图6示出用于制造根据图4的气缸衬套的互相连续方法步骤的纵向剖视图。
参考图1和2说明根据本发明的气缸衬套10的一种第一变型方案。在示出的实施例中气缸衬套10由三个同轴相互设置的层构成。内管12用于引导工作活塞(未示出)，所述活塞能够承受压力并且进行线性滑移运动。内管12由一种热塑性塑料构成，该塑料优选地没有纤维加强材料。围绕该圆柱形的内管12设置有同样圆柱形的外管14，其同样由热塑性塑料构成。但是外管14具有一种用于提高强度的纤维加强材料20。在内管12和外管14之间设有一个连接两管的中间层16，其在示出的实施例中由一种热熔性胶粘剂22构成。
图3示出用于制造气缸衬套10的方法，所述气缸衬套优选地在一种多步挤压方法中制造。在第一方法步骤中，由热塑性塑料挤压成内管12。在图3的示意性附图中仅示出该方法步骤，其中内管通过挤压头24被挤压。该方法步骤通过两个箭头A表示。
基本上每种热塑性塑料都可以考虑作为内管12的材料，其提供期望的强度性能和滑移性能以及在长的使用寿命期间具有足够耐磨性。因此ASA(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯)特别适合，其优选地不具有纤维加强材料。所述外管特别可以由聚酰胺、聚甲醛(POM)或者由其他合适的高强度的热塑性塑料构成。
在进一步挤压步骤中在内管12变凉之后以热熔性胶粘剂22的形式涂敷中间层16，这通过两个箭头B表示。紧接着在下一个挤压步骤中安装由纤维加强的塑料构成的外管14，这通过两个箭头C表示。
内管12用于工作活塞的精确引导和密封。因此它可以设计得相当薄。一种已知的用于增加塑料强度以及用于减小必要的壁厚的方法在于使用所谓的填料，其特别设有一种纤维加强材料。但是在现在的情况下内管12不设有一种纤维加强材料，因为纤维端可能会不利地影响作为滑动面的内圆周表面的滑移性能并且导致其中滑动的工作活塞的密封件的损坏。这会使得工作缸的寿命急剧地减小。因此，围绕内管12设置有稳定的外管14，其借助于中间层16固定地连接于内管并且避免两个管之间的相对运动。
外管14用于气缸衬套10的机械稳定并且因此最好构成为明显较大的壁厚。特别是玻璃纤维和/或碳纤维适合于作为在外管14中的纤维加强材料20，根据所期望的强度性能或者所能承受的制造成本来定。纤维含量通常是大约30％。与此相反，中间层16可以非常薄地沉积而成。对于内管12的内径约为25mm的典型壁厚是对于内管12大约1mm，对于由热熔性胶粘剂22构成的中间层大约0.05mm，并且对于外管14大约2mm。
通过上述的方法，可以制造具有高尺寸精度和非常均匀壁厚的大管道长度的气缸衬套10。因此可以制造长度超过3000mm的气缸衬套10，其依据结构和材料选择能够容易地负荷循环超过两千万次。
图4和5示出了根据本发明的气缸衬套10的另外一种实施方式，它的中间层16不是由一种热熔性胶粘剂构成而是由一层导电层构成。所述导电中间层16例如可以由薄的导线18构成，所述导线可以绕着内管12缠绕。中间层16还可以由导线18形成的编织层或织物构成。
图6示出这样的气缸衬套10的制造，其中首先由非加强的热塑性塑料挤压内管12。该第一方法步骤通过两个箭头A表示，其中施加压力使这里粘性的塑料通过挤压头24并且在凝固后构成内管12。接着围绕内管铺设导电的中间层16，例如通过缠绕单根的导线18、由导线18制成的编织物或织物。这种铺设或者缠绕通过箭头D表示。接着借助于挤压方法铺设外管14，这通过箭头C表示。
导电的中间层16用于随后提高在内管和外管之间可能小的机械粘附。这能够被实现，方法是通过中间层16用作产生交变磁场的二级线圈。产生的涡流由于电阻热导致温度升高并且升高的温度大于内管和外管的熔化温度。因此两个管被焊接在一起，这增加了强度特性并且减小了必要的壁厚。
至于其他根据图4至6的第二变型方案的材料、壁厚和尺寸与根据图1至3的第一变型方案的相同。
权利要求
1.一种用于工作缸的气缸衬套，其具有一个由热塑性塑料构成的内管(12)和一个径向在外面包围内管(12)的且同轴设置的外管(14)，所述外管由纤维加强的热塑性塑料构成，其中在内管(12)和外管(14)之间设有用于将两个管(12、14)互相固定连接的中间层(16)。
2.如权利要求1所述的气缸衬套，其特征在于，中间层(16)由一种能将两个管互相固定连接的热熔性胶粘剂(22)构成。
3.如权利要求1所述的气缸衬套，其特征在于，中间层(16)由一层用于产生交变磁场的导电层构成。
4.如权利要求3所述的气缸衬套，其特征在于，导电的中间层(16)由单根的导线(18)、由一种编织物或由一种织物构成。
5.如权利要求3或4所述的气缸衬套，其特征在于，导电的中间层(16)通过施加电压可以加热。
6.如权利要求3-5中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，通过加热导电的中间层(16)，内管(12)与外管(14)可以熔接。
7.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，内管(12)和外管(14)由不同的热塑性塑料材料构成。
8.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，中间层(16)具有分别小于内管(12)和外管(14)的壁厚的层厚。
9.如权利要求8所述的气缸衬套，其特征在于，中间层(16)的层厚最大约为0.15mm，优选最大为0.1mm。
10.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，外管(14)具有比内管(12)大的壁厚。
11.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，内管(12)的壁厚大约是它的内径的3至8％。
12.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，外管(14)的壁厚大约是内管(12)的内径的6至15％。
13.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，中间层(16)的层厚大约是内管(12)的内径的0.1至0.5％。
14.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，外管(14)由纤维加强的POM(聚甲醛)或者PA(聚酰胺)构成。
15.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，外管(14)具有一种由玻璃纤维和/或碳纤维构成的纤维加强材料(20)。
16.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，外管(14)的纤维含量大约为20至50％，优选约为30％。
17.如前述权利要求中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，内管(12)由未加强的ASA(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯)构成。
18.一种用于工作缸的气缸衬套的制造方法，在该方法中连续地由热塑性塑料挤压出一个内管(12)并且由纤维加强的热塑性塑料挤压出一个径向在外面围绕内管的且同轴设置的外管(14)，其中在内管(12)和外管(14)之间铺设用于固定连接两个管(12、14)的中间层(16)。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在内管(12)和外管(14)之间铺设能固定相互连接两个管(12、14)的由热熔性胶粘剂(22)构成的中间层(16)。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，由热熔性胶粘剂(22)构成的中间层(16)在冷却阶段之后铺设到内管(12)上。
21.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，外管(14)在铺设由热熔性胶粘剂(22)构成的中间层(16)之后直接借助于挤压铺设在中间层(16)上。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，内管(12)在它制成后用导电的材料构成的中间层(16)缠绕，接着通过挤压将外管(14)铺设在中间层上。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，导电的中间层(16)在外管(14)铺设之后被施加电压。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，内管或外管(12或14)互相接触的外部外壳表面和内部外壳表面借助于导电中间层(16)的加热互相固定地熔接。
全文摘要
本发明涉及一种用于工作缸的气缸衬套，其具有由热塑性塑料构成的内管(12)和一个径向在外面包围内管(12)的且同轴设置的外管(14)，所述外管由纤维加强的热塑性塑料构成。本发明规定，在内管(12)和外管(14)之间设有一层用于将两个管(12、14)互相固定连接的中间层(16)。此外，本发明涉及一种用于工作缸的气缸衬套的制造方法，在该方法中连续地由热塑性塑料挤压出一个内管(12)并且由纤维加强的热塑性塑料挤压出径向在外面围绕内管的且同轴设置的外管(14)。这里还规定，在内管(12)和外管(14)之间铺设用于固定连接两个管(12、14)的中间层(16)。
文档编号F15B15/14GK1764788SQ200480008031
公开日2006年4月26日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月26日
发明者W·梅希勒, K·福格特, B·布兰登伯格, A·哈尼曼, R·赫格, T·鲍尔 申请人:费斯托合资公司, 哈卡杰罗德股份公司