CN108626198A - 具有改进的密封元件的流体缸和用于其的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有中空缸体的流体缸，所述中空缸体通过安装在其上的气缸头至少部分地封闭。在所述中空缸体内引导活塞，所述活塞具有通过所述气缸头延伸向所述流体缸的至少一个外侧的活塞杆。向外，通过至少一个密封元件流体地密封所述流体缸。根据本发明地，所述至少一个密封元件由借助伽马射线和/或电极射线或化学地交联的聚乙烯组成。

Description

具有改进的密封元件的流体缸和用于其的制造方法

技术领域

本发明涉及一种根据专利权利要求的前序部分所述的流体缸。此外，本发明涉及一种根据专利权利要求9的前序部分所述的用于流体缸的制造方法。

技术背景

从实践中已经已知了用于不同技术上的应用领域的以液压缸或气动缸形式的流体缸。这些流体缸也被称为液压或者说气动工作的工作缸。

尤其是对于液压工作的流体缸，普遍存在这样的希望，尽可能流体密封地构造这些流体缸，由此用于流体缸的运行所使用的压力介质、例如液压油不通过中间空间，并且由此产生的泄漏（Leckage）向外到达。为此，通常使用密封元件，所述密封元件由塑料和/或橡胶制成，并且所述密封元件尤其应当密封流体缸的、在其中将活塞杆从中空缸体向外引导的区域。该区域常常位于流体缸的气缸头中或流体缸的气缸头上。

此外，从实践中已知，超高分子量的（ultrahochmolekulargewichtig）聚乙烯（也称为UHMWPE或UHMW-PE）作为材料相当良好地适用于流体缸中使用的密封元件。这样超高分子量的聚乙烯具有相对好的化学和机械特性：其耐矿物油和液压油。此外，超高分子量的聚乙烯具有有利的摩擦特性，从而使得它相对好地作为材料适用于引导流体缸的活塞杆。然而，UHMWPE的高成本制造被证明是不利的。基于UHMWPE的高分子量，材料粘度也增加，从而使得超高分子量的聚乙烯只能在压制方法中加工。注塑或螺杆挤出加工（Schneckenextrusionsverarbeitung）是不可能的。

此外，基于在流体缸的产品寿命期间的老化，在这种密封元件中出现不同的、部分依赖温度的机械的损耗现象、例如蠕变（Kriechen）和应力松弛。因此这种密封元件变形或者说丧失了其预应力。已经证实，该损耗现象引起，即最初大范围密封的流体缸随着时间逐渐具有泄露，通过所述泄露随后压力介质向外出来（treten）。这要求定期对流体缸进行维护工作，以便更新密封元件并确保流体缸的密封性。

发明内容

与此相对的，本发明的任务在于提供一种流体缸，所述液体缸使用结构上尽可能简单器件的情况下就其密封性方面具有改善的耐久性或延长的使用寿命。

该任务通过具有专利权利要求1的特征的流体缸或者通过具有专利权利要求8的特征的用于制造流体缸的方法来解决。

在从属权利要求中说明了根据本发明的流体缸的有利改进方案。

根据本发明的流体缸具有中空缸体，所述中空缸体通过布置在其上或安装在其上的气缸头至少部分地封闭。在中空缸体内移动地引导活塞，所述活塞具有通过气缸头延伸向流体缸的至少一个外侧的活塞杆。为了将流体缸、例如向外进行流体密封，流体缸具有至少一个例如与活塞杆相邻布置的密封元件，以便防止活塞杆上的流体的排出或泄漏（Entweichen）。替代地，密封元件也可以安装在活塞上并且贴靠在中空缸体上。根据本发明地，所述至少一个密封元件由借助伽马射线和/或电极射线或化学地交联的聚乙烯组成。

聚乙烯的交连（Vernetzung）或交联（Vernetzen）在本文中应理解为，在材料被制成密封元件之前和/或其在流体缸中使用或者说装入在流体缸中之前，密封元件的材料通过适当的加工方法在空间地、即三维地交联。产生聚乙烯链的额外的横向交连。用于密封元件所使用的聚乙烯的额外的交连或额外的交联有利地引起，即密封元件必要时是可弹性变形的，但是仍然具有相对高的形状耐久性或形状稳定性以及相对高的尺寸耐久性或尺寸稳定性。在装配时有意引入到密封元件中的预应力相对良好地保持。这不仅已经在密封元件装配在流体缸上期间，而且在其后在流体缸的运行期间都是有利的。此外，空间交连也可以改善用于密封元件所使用的材料的耐温性（Temperaturbeständigkeit）。此外，流体缸的至少一个密封元件具有改善的应力松弛特性以及改善的蠕变特性（Kriechverhalten）。此外已经发现了，交联显著降低了密封元件的这种机械特性的温度依赖性。以这种方式，这种材料的温度依赖性可以显著改善，从而使得装配有其的流体缸具有很大的与温度无关的密封性。另外，对于密封元件和配备有该密封元件的流体缸的磨损特性或损耗特性也得到了改善。

总体上，根据本发明通过用于密封件所使用的聚乙烯的额外交联相对于必要时可由非交联的聚乙烯制成的流体缸具有相对良好的密封性，所述密封性维持在相对长的时间段内保持。该特性也是相对耐高温的。

根据本发明，借助伽马射线和/或电极射线或者化学地交连。

当借助射线进行交连时，通过使用电极射线和/或伽玛区域中的射线而交联聚乙烯。这证明为特别实用的加工-或制造方法。在此，可以如此调节射线剂量，使得所使用的交联的聚乙烯具有密封元件的形状耐久性与通过降低分子量而降低机械特性之间的有利关系。

化学的交连基于使用化学物质或物质组。该交连可以例如通过使用过氧化物、例如在恩格尔方法之后、硅烷或偶氮化合物来进行。

理想情况下，交联可在时间上在其它的例如粉碎或者类似的加工步骤之前进行。

根据本发明，密封元件由聚乙烯PE-HD或PE-HMW制成。

聚乙烯PE-HD是具有弱支化的高分子链的、因此具有高密度的部分结晶聚乙烯并且具有高达30Tsd.g/mol的中等摩尔质量。塑料的优点是摩擦值非常低。它可以热变形并且可以被焊接。由于其较低的摩尔质量，显著的优点在于注塑中的简单的加工。

聚乙烯PE-HMW是具有中等摩尔质量约500 Tsd.g/mol的高分子的聚乙烯。它具有刚度、韧性（Zähigkeit）和机械阻尼能力（Dämpfungsvermögen ）的均衡混合。它同样可以热变形并且同样可以被焊接。因为分子量高于PE-HD的分子量，注塑技术上的加工只能受到限制地进行。

当密封件由聚乙烯PE-LD或PE-LLD组成时，聚乙烯的分子量低。PE-LLD是具有低密度的线性结构的聚乙烯。由于其大分子的线性结构，其特性类似于PE-HD，但其具有PE-LD的低密度。

如果作为可能的有利的改进方案，在交联之前、期间或之后进行用于防止或减少氧化而对密封元件进行额外处理，则保持材料的必要的机械特性、例如在材料疲劳时的强度或稳定性。该在交连时产生的基（Radikale）可以与环境氧反应，这又导致基形成，并且因此导致链式反应。可以例如通过在交连之后将密封元件加热至低于熔化温度来防止或减少这种会导致机械特性进一步额外恶化的氧化过程。在此，基减少，但未完全消除，从而机械特性得到很大程度保持。

为了特别好的持久的密封效果，所述至少一个密封元件可以构造成基本上V形（英语称为人字形），即构造成具有V形的横截面。这意味着每个密封元件具有内环部段和外环部段，所述内环部段和所述外环部段可以在未加载状态下安装彼此相差约90°。在负载状态下，该角度增加。

为了能够特别简单地维护和/或装配流体缸，可以有利的是，所述至少一个密封元件布置在气缸头中或其上。对此替代地，所述至少一个密封元件布置在相对于所述气缸头单独构造的气缸头法兰中或其上。气缸头法兰同时可以作用为密封法兰。

当设置由多个密封元件组成的包组时，对于特别良好的流体密封可以是有利的。例如所述包组可以由此构造，即多个、也就是例如两个、三个、四个、五个或者更多个密封元件在流体缸的轴向方向上组成包组。

本发明的另一种有利的实施方案变型设置了，通过夹紧环，在所述流体缸的轴向方向上可预紧或预紧所述至少一个密封元件。对此替代地或额外地，通过至少一个间隔盘，在所述流体缸的轴向方向上可预紧或预紧所述至少一个密封元件。在此，也可以通过分别选择间隔盘的厚度或强度来调节预应力。

本发明还涉及一种用于制造流体缸的方法，所述流体缸具有通过安装在其上的气缸头至少部分地封闭的中空缸体。在所述中空缸体内移动地引导具有活塞杆的活塞，所述活塞杆通过所述气缸头延伸向所述流体缸的外侧。为了将流体缸、例如向外进行流体密封，所述流体缸具有至少一个密封元件。替代地，所述密封元件也可以安装在活塞上，并且由此使气缸的两个压力室相互密封。根据本发明地，密封元件由聚乙烯制成，所述聚乙烯额外通过使用伽马射线和/或电极射线或者通过使用化学物质交联。在此，交连可以理解为，作为材料使用的聚乙烯空间地、即三维地交联。交连或者说交联通过使用适合于此的加工方法来引起。通过使用电极射线和/或在伽马区域中的射线或者对此替代地通过使用化学物质或物质组的交连可以例如通过过氧化物、例如在恩格尔方法之后、硅烷或偶氮化合物来进行。

在本方法中，密封元件的制造可优选由聚乙烯PE-HD，或由聚乙烯PE-HMW、PE-LD或PE-LLD进行。

此外，在该方法中，可以设置另一方法步骤，根据所述方法步骤，对于聚乙烯，在交联后实施用于下降内部应力的应力下降方法。

对此额外地或替代地，可以在根据本发明的方法中设置，对于聚乙烯，在交联后去除自由基。由此，还可以进一步改善由这种材料制成的密封元件的机械特性。

理想情况下，交联可在时间上在其它的例如粉碎或者类似的加工步骤之前进行。

附图说明

在下文中，将参考附图更详细地解释根据本发明的流体缸的有利实施例。其示出了：

图1是在示意性示出的纵向截面中的流体缸的实施例，并且

图2是流体缸的部分截取部的示意性示出的纵向截面，所述流体缸具有气缸头法兰和密封元件的包组。

具体实施方式

图1在粗略地示意性示出的纵向截面中示出了根据本发明的流体缸1的实施例。流体缸1在该实施例中构造成以差动缸（Differentialzylinder）形式的液压的工作缸。

流体缸1具有中空缸体2，所述中空缸体在一端侧上通过气缸头4至少部分地（闭锁）封闭，所述气缸头具有相对于该气缸头单独构造的气缸头法兰或者说密封法兰6。在中空缸体2内布置并移动地引导具有活塞杆10的活塞8。从图1可见，通过气缸头4和气缸头法兰6引导并在那里支承活塞杆10。

为了对流体缸1进行压力介质加载，中空缸体2具有两个压力介质接口12和14，通过所述压力介质接口的可选地压力介质加载，活塞8与活塞杆10一起在流体缸1的轴向方向上是可移动的。

图2在示意性示出的纵向截面中示出了流体缸1的部分截取部。在该示图中可以看出，相对于气缸头4单独构造的气缸头法兰6具有留空部（Aussparung）16，所述留空部不仅在轴向方向上沿活塞杆10延伸并且在径向方向上延伸，以便构造用于容纳至少一个密封元件18的室。在该实施例中，密封元件18由多个、即七个单一元件组成，所述单一元件组成密封元件的包组（Paket）。多个密封元件18布置在气缸头法兰6与活塞杆10之间。由此，多个密封元件18利用径向内侧流体地密封地贴靠在活塞杆10上，以便如此防止压力介质从中空缸体2的环形空间排出（Austritt）。还可以看出，每个密封元件18的横截面构造成V形（Dachmanschetten-förmig）。通过这种成形，多个密封元件18抵靠活塞杆10展开（spreizen）。

为了轴向预紧多个密封元件18，液压缸1还具有夹紧环20，该夹紧环从轴向方向挤压到多个密封元件18上。在夹紧环20和多个密封元件18之间布置有间隔盘22。通过这种预紧，再次提高了密封元件18的展开效果。

在该示例中的每个密封元件18由（空间地或三维地）交联的（vernetzten）聚乙烯PE-HD组成，由于其有利的机械特性，所述聚乙烯PE-HD对于使用目的表现出色。尤其是，由这种交联材料制成的密封元件18具有相对高的形状耐久性和减小的应力松弛（Spannungsrelaxation）。在该实施例中，聚乙烯PE-HD借助伽马射线和/或电极射线（Elektrodenstrahlung）交联。由于用于密封元件18所使用的聚乙烯PE-HD的交连和由此引起的形状耐久性，施加到密封元件18上的预应力在相对长的时间段内保持（erhaltenbleiben）。

从所示出的实施例出发，根据本发明的流体缸1及其制造方法可以在很多方面进行变化。例如，可以考虑用于至少一个密封元件18的聚乙烯PE-HD的交连不借助伽马射线和/或电极射线，而是通过使用化学物质或物质组（Stoffgruppen）来实现。进一步的变化可以在于，聚乙烯PE-HMW，聚乙烯PE-LD或聚乙烯PE-LLD被用作用于制造密封元件的材料。

公开了一种具有中空缸体的流体缸，所述中空缸体通过安装在其上的气缸头至少部分地封闭。在所述中空缸体内引导活塞，所述活塞具有通过所述气缸头延伸向所述流体缸的外侧的活塞杆。向外，通过至少一个密封元件流体地密封所述流体缸。根据本发明地，所述至少一个密封元件由借助伽马射线和/或电极射线或化学地交联的聚乙烯组成。

附图标记列表

1 流体缸

2 中空缸体

4气缸头

6 气缸头法兰

8 活塞

10 活塞杆

12、14 压力介质接口

16 留空部

18 密封元件

20 夹紧环

22 间隔盘

Claims (13)

1.流体缸（2），其具有通过安装在其上的气缸头（4）至少部分地封闭的中空缸体（2）、在所述中空缸体（2）内引导的活塞（8），所述活塞具有通过所述气缸头（4）延伸向所述流体缸（1）的至少一个外侧的活塞杆（10），以及具有至少一个密封元件（18），所述至少一个密封元件流体地密封所述流体缸（1）的工作室，其特征在于，所述至少一个密封元件（18）由借助伽马射线和/或电极射线或化学地交联的聚乙烯组成。

2.根据权利要求1所述的流体缸，其特征在于，所述密封元件由聚乙烯PE-HD或PE-HMW组成。

3.根据权利要求1所述的流体缸，其特征在于，所述密封元件由聚乙烯PE-LD或PE-LLD组成。

4.根据权利要求1、2或3所述的流体缸，其特征在于，所述密封元件被热处理。

5.根据前述权利要求中任一项所述的流体缸，其特征在于，所述至少一个密封元件（18）构造成V形。

6.根据前述权利要求中任一项所述的流体缸，其特征在于，所述至少一个密封元件（18）布置在气缸头（4）中或其上，或者布置在相对于所述气缸头（4）单独构造的气缸头法兰（6）中或其上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的流体缸，其特征在于，设置由多个密封元件（18）组成的包组。

8.根据前述权利要求中任一项所述的流体缸，其特征在于，通过夹紧环（20）和/或至少一个间隔盘（22），在所述流体缸（1）的轴向方向上可预紧或预紧所述至少一个密封元件（18）。

9.用于制造流体缸（1）的方法，所述流体缸具有通过安装在其上的气缸头（4）至少部分地封闭的中空缸体（2）、在所述中空缸体（2）内引导的具有活塞杆（10）的活塞（8），所述活塞杆通过所述气缸头（4）延伸向所述流体缸（1）的至少一个外侧，以及具有至少一个密封元件（18），所述至少一个密封元件流体地密封所述流体缸（1）的工作室，其特征在于，所述至少一个密封元件（18）由额外通过使用伽马射线和/或电极射线或者通过使用化学物质交联的聚乙烯制成。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述密封元件由聚乙烯PE-HD或PE-HMW制成。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述密封元件由聚乙烯PE-LD或PE-LLD制成。

12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其特征在于，对于聚乙烯，在交联后实施用于下降内部应力的应力下降方法。

13.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，对于聚乙烯，在交联后去除自由基。