CN115917189A - 耐磨环以及耐磨环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于引导两个机器构件(30、32)的耐磨环(10)，所述两个机器构件沿/绕运动轴线(34)相对彼此可移动地布置，所述耐磨环由塑料或强化塑料材料一体成型，所述耐磨环被切开使得其具有两个自由端(14)。所述耐磨环(10)具有横截面宽度W，所述横截面宽度在朝向所述背侧(18)的径向方向至少部分地增加。所述耐磨环(10)具有形成在其正侧(16)和/或其背侧(18)上的一个或多个凹处(24)，以增加其变形能力并因此利于安装到机器构件(30、32)的安装凹槽中。本发明还涉及一种耐磨环装置，其中，耐磨环被夹入该耐磨环装置(100)的机器构件(30、32)之一的安装凹槽(54)中。

Description

耐磨环以及耐磨环装置
技术领域
本发明涉及一种耐磨环以及一种耐磨环装置。耐磨环、也被称为引导环用于引导两个可沿/绕运动轴线相对彼此移动的机器构件。例如，耐磨环用于引导液压缸内的活塞或活塞杆，吸收横向力。同时，耐磨环防止上述机器构件的机械接触，从而优化相应的密封系统的整体性能和寿命，该密封系统用于密封两个机器构件之间形成的密封间隙。
背景技术
长期以来，耐磨环通常是由金属制成的、特别是由不锈钢或黄铜制成的。然而，非金属耐磨环已经在广泛的应用中得到了认可，因为它们与金属挂件相比，确实具有优势。关于这一点，非金属耐磨环确实可以消除不利的局部过应力，表现出高度的耐磨性和较长的使用寿命。此外，它们还具有低摩擦力以及对不良振动的卓越阻尼特性。
塑料或强化塑料耐磨环通常是切开的，这使得它们具有彼此间隔开而又面对面的两个自由端。耐磨环通常被安装在由机器构件之一形成的安装凹槽中。然而，由于耐磨环的柔性特性，通常需要至少在两个机器构件组装起来之前将耐磨环进一步固定在具有安装凹槽的机器构件上。在实践中，这通常是通过将耐磨环粘合到相应机器构件上实现的。然而，这大大增加了耐磨环在专用安装凹槽内的安装难度并延长了安装时间，同时也不适当地增加了耐磨环装置的制造成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种耐磨环以及一种可以更容易和更经济地安装的耐磨环装置。
本发明的第一个目的是通过根据权利要求1的耐磨环来解决的。根据本发明的耐磨环装置具有如权利要求12中给出的特征。
根据本发明的耐磨环是由可弹性变形的塑料或增强的塑料材料一体成型的。例如，PTFE(聚四氟乙烯)或聚乙烯材料被认为是合适的材料。耐磨环被切开，使其有两个自由端。这允许暂时扩大耐磨环，以进一步促进耐磨环在机器构件的安装凹槽中的安装或拆卸耐磨环。耐磨环具有正侧、背侧和两个侧面，耐磨环具有横截面宽度，该横截面宽度在朝向其背侧的径向方向至少部分地增加。耐磨环由于其可弹性变形的材料，因此可以直接夹在机器构件的安装凹槽中，例如液压或气动活塞-气缸装置的活塞/活塞杆，其设计与此相对应。耐磨环具有一个或多个凹处，这些凹处形成在其正侧和/或背侧，用于促进耐磨环的弯曲/扭转或卡位，从而使耐磨环可以更容易地安装在相应机器元件、特别是活塞或活塞杆的安装凹槽中。这可以使耐磨环的安装更快、更有成本效益。很明显，这些凹处必须大大削弱耐磨环的材料，以便使其更容易变形。在这方面，每个凹处的深度优选地超过耐磨环的名义厚度的20％。此外，在耐磨环的使用过程中，凹处可以吸收积累的颗粒物质，以帮助防止相对彼此可移动地布置的机器构件被卡住。在耐磨环的安装过程中，耐磨环与具有安装凹槽的机器构件之间的通常粘合(胶合)可以放弃。此外，需要指出的是，耐磨环在所述安装凹槽内的预定位置的安装可以更可靠和可重复地实现。所述凹处很容易制造，可以在耐磨环的成型过程中或之后实现。
正侧的凹处和背侧的凹处优选地在耐磨环的中心轴线方向上相互间隔开。这样可以进一步促进耐磨环的扭转/弯曲，因为需要将耐磨环安装在机器构件的所述安装凹槽中。这对于具有较大直径且通常相当难以安装的耐磨环来说特别地有利。此外，耐磨环在安装或使用过程中的不理想断裂也可以因此得到抵消。
根据本发明的另一个实施例，耐磨环在其每个横截面和整个周向延伸上都具有一个凹处或多个凹处、特别是两个、三个或四个凹处，耐磨环每个横截面上所有凹处的总深度大于耐磨环的名义厚度的三分之二。这使得耐磨环具有高度的可变形性，但又能保持耐磨环的足够强度，以防止耐磨环被放置在安装凹槽中后被不必要地撬出。根据本发明的一个优选实施例，耐磨环在每个横截面上所有凹处的总深度大于耐磨环的名义厚度。
每个或至少一部分凹处可以形成为凹槽。所述凹槽可以具有凹槽侧面，该凹槽侧面在横截面上相对于垂直于耐磨环正中面或耐磨环正侧布置的凹处/凹槽的中心轴线对称地布置。
根据本发明的另一个实施例，在耐磨环的横截面上，各凹处的中心轴线可相对于耐磨环的局部半径或正中面倾斜。
耐磨环的至少一部分或每个凹处的开口角d优选地在25°和60°之间、特别是在30°和50°之间。耐磨环的凹处可以具有相同或不同的开口角d。
此外，在耐磨环的横截面视图中，至少有一部分凹处/凹槽可以示出为具有扩张的底部截面。因此，凹处/凹槽包括气泡或杯状的腔。这可以进一步提高耐磨环的柔性变形能力，而不会在其前部和/或后部的功能支撑表面牺牲太多。此外，耐磨环的每个或部分所述凹处可形成为盲孔，或甚至形成为贯穿式凹处或缝。
根据本发明的一个优选实施例，耐磨环至少部分地或在其整个周向延伸上具有燕尾形的横截面形状。这样，一旦耐磨环被夹在凹槽中，就可以使具有安装凹槽的机器构件实现双边接合。通过这种方式，即使受到剪切应力，耐磨环也会在安装凹槽内保持其预定的位置。
根据本发明的另一个实施例，耐磨环在其至少一个或每个侧面上具有从相应侧面延伸出来的一个或多个侧向突起。由于耐磨环的可弹性变形材料，这些突起可以很容易地偏转，因此可以更容易地将耐磨环插入/夹在机器构件的相应安装凹槽中。如果在侧面上有多个突起，这些突起优选地在耐磨环的周向方向上以一定的间隔相互隔开。
侧向突起优选地具有三角形或矩形的截面形状。这很容易制造，特别是通过注射成型制造，并且可以方便地将耐磨环夹在安装凹槽中，以及在其中安全地就位。
根据本发明的耐磨环装置包括：
-第一和第二机器构件，它们可沿和/或围绕运动轴线相对彼此移动，在它们之间形成密封间隙，其中，一个机器构件具有由形成双边咬边的凹槽侧面限制的安装凹槽；以及
-如上所述的耐磨环，它以可拆卸的方式卡入所述安装凹槽，并防止所述机器构件的直接机械接触。
根据本发明，具有安装凹槽的机器构件和耐磨环优选地是通过燕尾槽连接在一起。这样就可以很容易地将耐磨环安装和固定在其在安装凹槽内预定的安装位置，而不需要进一步的固定手段，如胶水等。此外，第一和第二机器构件，例如活塞杆/活塞和气缸的安装可以因此得到促进和加速。这进一步可以实现成本优势。另外，需要注意的是，更换耐磨环时，不需要费力地拆卸耐磨环，就可以大大方便。
附图说明
附图是为了让人们进一步了解本发明，附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，说明了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的切开的耐磨环的透视图；
图2是根据本发明的耐磨环装置的剖面图，包括第一和第二机器构件、在此是活塞或活塞杆和气缸，以及在其中一个机器构件的安装凹槽内夹入其预定的安装位置的多个耐磨环，用于引导第一和第二机器构件彼此之间的关系；。
图3是根据图2的耐磨环组件的截面详图；
图4是根据图3的耐磨环的俯视图；
图5是根据本发明的耐磨环的另一个实施例的横截面图；
图6是根据本发明的耐磨环的其它实施例的横截面图；
图7是根据本发明的耐磨环的其它实施例的横截面图；
图8根据本发明的耐磨环的另一个实施例的横截面图；
图9根据本发明的另一个耐磨环的俯视图；
图10是根据图9的耐磨环沿图9中指定的B-B剖面切割的横截面图；
图11是根据本发明的耐磨环的其它实施例的俯视图，仅在其正侧有圆形凹处，在其一个侧面有侧向突起；
图12是根据图11的耐磨环沿图11中指定的C-C剖面切割的横截面图；
图13根据图11的耐磨环沿图11中指定的D-D剖面切割的横截面图；以及
图14是根据本发明的耐磨环的其它实施例的俯视图，该耐磨环的一个侧面上具有锯齿状的边缘部分。
具体实施方式
图1示出了切开的耐磨环10的透视图，其用于引导两个可沿/绕运动轴线相对彼此移动的机器构件。该耐磨环的作用是处理横向负荷，以防止所述机器构件之间出现不理想的直接相互接触。耐磨环具有基座段10a，以用于将耐磨环10安装在其中一个机器构件的安装凹槽中，以及耐磨或支撑段10b，以用于接触相应的其它机器构件。由于耐磨环10的切开12，耐磨环10在其周向方向上具有两个自由端14，它们相互面对。
耐磨环10包括相互远离的正侧16和背侧18以及两个侧向的侧面20、22。耐磨环10是一体成型的，由可弹性变形的塑料或强化塑料材料构成。例如，该塑料材料可以包括纤维(图中未示出)或其它合适的机械和/或热强化化合物，或根据需要包括干性润滑剂。
耐磨环10具有凹处24，作为示例，该凹处被布置在其背侧18。凹处可以延伸到耐磨环10的整个周向延伸L。凹处24的功能将在下面进一步详细说明。耐磨环的中心轴线被指定为26，耐磨环10的正中面被指定为28。耐磨环的宽度被指定为W。
图2示出了耐磨环装置100的截面图，它包括第一机器构件30和第二机器构件32，这两个构件彼此间隔布置，并可沿运动轴线34彼此移动。作为单纯的示例，耐磨环装置100形成为活塞-气缸单元，其中，第一机器构件30是气缸，第二机器构件32是活塞或活塞杆。例如，所述活塞-气缸单元可用于液压泵或气动泵中。两个机器构件30、32特别是可以由金属制成。
在两个机器构件30、32之间具有沿径向形成的密封间隙36。至少一个密封元件(密封环)38的作用是相对于耐磨环装置100的低压或大气侧N来密封高压侧H。密封元件38被放置在第二机器构件32的保持凹槽40中。应该理解的是，可以替代地选择有两个或更多这样的密封元件38，它们布置在各自的保持凹槽40中，这些保持凹槽40布置为在相对于运动轴线34的轴向方向上彼此间隔开。
密封元件38在径向上被预紧元件44以动态密封的方式预紧在第一机器构件30的对应表面42上。预紧元件44本身被布置在保持凹槽40中，并且例如可以被形成为弹性的O型环。预紧元件44以静态密封的方式与密封元件38和保持凹槽40的槽底46相接触。
多个切开的耐磨环10，它们在轴向彼此间隔开布置，每个耐磨环都放置在第二机器构件32的相应的安装凹槽48中。每个耐磨环10在径向方向上突出到密封间隙36中，并可间歇地或一直地抵靠第一机器构件30的密封表面42。在耐磨环装置100的运行过程中，耐磨环10引导第二机器构件32并吸收横向载荷，以及防止两个机器构件30、32之间出现不利的和可能有害的直接(金属对金属)接触。可以理解的是，耐磨环10的塑料或增强塑料材料需要有足够的负载能力，并有利地允许低摩擦和无粘滑的操作。耐磨环10还保护关键的密封元件38免受不必要的过载。
第二机器构件32的每个安装凹槽48都显示出一个横截面，该横截面在径向方向上向安装凹槽的槽底46扩大，如图3中更详细地描述的。因此，安装凹槽48的凹槽侧面50均形成咬边52，耐磨环10在径向方向上与之接合。耐磨环10的基座段10a具有与安装凹槽48的横截面形状相对应或基本相对应的横截面形状。根据图2和图3所示的实施例，耐磨环10可以具有倾斜或倒角的侧面20、22，它们接合在由相应的倾斜的安装凹槽侧面50形成的咬边52之后。耐磨环的侧面20、22以及安装凹槽48的凹槽侧面50相对于耐磨环10的局部半径r以锐角β布置。
第二机械元件32和安装在其中的相应的耐磨环10，分别形成燕尾榫，通过该燕尾榫，耐磨环10被牢固地固定在预定的安装位置。燕尾榫允许将耐磨环10安装在相应的机器构件30、32上，而不需要进一步的固定手段、例如胶水等手段。
如上所述，每个耐磨环10由可弹性变形的塑料或强化塑料材料组成。为了进一步方便耐磨环10在相应机器构件30、32的安装凹槽内的安装，耐磨环10在其正侧16和/或背侧18上设有凹处24(图1)或多个凹处24，这些凹处允许切开的耐磨环10更容易扭转/弯曲(或卡位)。
根据图3和图4所示的耐磨环10的实施例，在耐磨环10的正侧16以及背侧都设置有多个凹处。耐磨环10的每侧16、18的凹处在耐磨环10的周向方向上相互间隔开地布置。
每个耐磨环10的表面区域54的凹处24的数量、它们的尺寸、特别是深度优选地根据耐磨环10的弹性材料特性和几何形状来选择。
耐磨环10的正侧16的所有凹处和/或背侧18的所有凹处可以有相同的尺寸。然而，正侧16的凹处24实际上可以与背侧18的凹处24不同，特别是具有不同的、例如更小的深度d(如图3所示)和/或不同的、例如更小的最大宽度b。
值得注意的是，在示出单个凹处24或多个凹处24的耐磨环10的每个横截面中，耐磨环10的整个周向延伸上的所有凹处24的总深度D有利地大于耐磨环10的名义厚度56的三分之二。
此外，耐磨环10的正侧16的凹处24和背侧18的凹处24在耐磨环10的任何横截面上沿耐磨环10的中心轴线26(图1)方向优选地相互间隔开。通过这种方式，可以防止耐磨环10在安装过程中以及在运行过程中出现不理想的损坏或破裂。此外，如图3所示，耐磨环10的凹处24的中心轴线58可以平行于耐磨环10的正中面28布置。根据图5所示的耐磨环10，各凹处24的中心轴线58也可以相对于耐磨环10的正中面28倾斜布置。这实际上在较宽的耐磨环10或具有较大直径的耐磨环10中可能是有益的，因为这允许增加凹处24在耐磨环10中的延伸，而不会使耐磨环10面临机械故障的风险。
根据图5和图6，耐磨环10的至少一部分或全部凹处24的各自的开口角d优选地在25°和60°之间、特别是在30°和50°之间。耐磨环10的凹处24可以有相同或不同的开口角d。
凹处24可以在耐磨环的严格周向方向延伸。然而，凹处24也可以配置成具有圆形、三角形或其它合适的几何形状的孔，以增加耐磨环10的变形能力。
值得注意的是，凹处24还具有其它优点。由于在长时间的操作后，颗粒物质往往会在耐磨环装置100的密封间隙36(图2)之间堆积，凹处24可以吸收这种颗粒物质，以帮助防止相对于彼此可移动地布置的机器构件30、32被卡住。
根据图6，耐磨环10的至少一部分凹处24可以相对于耐磨环10的正中面28(图1)在径向方向上变宽，从而示出为扩张的底部截面60。
耐磨环10不一定需要有倒角的侧面20、22以接合在由机器元件30、32的安装凹槽48的凹槽侧面50形成的咬边52(参照图3)之后。例如，耐磨环10可以替代性地显示出T形横截面，如图7中所描述的那样。因此，耐磨环10在其每个侧面20、22上都具有侧向突起62。仅仅是通过非限制性的示例，这些侧向突起62每个都可以具有矩形的截面形状。侧面突起62接合在安装凹槽的侧面50的相应形成的咬边52(图3)之后。在这种情况下，安装凹槽48显示出相应形成的T形横截面。
根据图8所示的另一个实施例，耐磨环10可以替代性地具有倒角的第一侧面20和具有侧向突起62的第二侧面22，如上文结合图7所述。侧面突起62和/或耐磨环10的倒角侧面20可以延伸到耐磨环10的整个周向延伸L(图1)。替代地，侧向突起62和/或倒角侧面20、22只是沿其周向方向在耐磨环10上分段设置。
例如，在图9中，示出耐磨环10的一个局部视图，该耐磨环具有从其两个侧面20、22延伸出来的多个侧向突起62。在每个侧面20、22上的侧向突起62在耐磨环10的圆周方向上彼此间隔开布置。图9中所示的侧向突起62在图10中被示出为沿图9中的断面平面“B-B”的耐磨环10的横截面视图。每个所述的侧向突起62可以通过耐磨环10的成型而正确形成，或者替代地，通过对耐磨环10的侧向边缘部分64(图9)进行压力整形5而形成。例如，这可以通过压缩模具66和推力支承68来完成，如图10中的虚线所示。这允许实现耐磨环10的简单、成本高效并且跟其实际尺寸无关的制造。
为了在压力成型过程中进一步改善耐磨环10材料的塑性流动，还可以制作压痕70或甚至穿孔72，根据图11，相对于待形成的侧向突起62，该压痕或穿孔在相对于耐磨环10的中心轴线26的轴向方向向内偏移(参见图1)。根据图11，耐磨环10可以在其正侧形成多个圆形凹处24，以便在插入安装凹槽48(图2)时方便耐磨环的扭转/卡位。这些圆形凹处可以是盲孔甚至是通孔。
在根据图12的截面图中，沿图11中耐磨环的“C-C”截面更详细地描述了穿孔72，而在图13中，沿图11中的“D-D”截面更详细地示出了压痕70。
根据图14所示的其它耐磨环10，耐磨环10的边缘部分64可以是锯齿状的。锯齿74可以简单地由侧向切口或通孔24形成，这些切口相对于耐磨环10的正中面28呈锐角α延伸。这些锯齿74可以相对于剩余的耐磨环10进行弯曲，从而允许相当简化地将耐磨环10安装在相应的机器元件30、32的安装凹槽48中(图2)。

Claims (13)

1.一种用于引导两个机器构件(30、32)的耐磨环(10)，所述两个机器构件沿/绕运动轴线(34)相对彼此可移动地布置，所述耐磨环(10)由塑料或强化塑料材料一体成型，所述耐磨环被切开使得其具有两个自由端(14)，其中，所述耐磨环(10)具有正侧(16)、背侧(18)和两个侧面(20、22)，所述耐磨环(10)具有横截面宽度W，所述横截面宽度相对于所述耐磨环(10)的中心轴线(26)在朝向所述背侧(18)的径向方向至少部分地增加，所述耐磨环(10)具有形成在其正侧(16)和/或其背侧(18)上的一个或多个凹处(24)。
2.根据权利要求1所述的耐磨环(10)，其特征在于，所述正侧(16)的凹处(24)和所述背侧(18)的凹处(24)在所述耐磨环(10)的中心轴线(26)方向上彼此间隔开。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨环(10)，其特征在于，所述耐磨环(10)在其每个横截面上都具有一个凹处(24)或多个凹处(24)，每个相应横截面的所有凹处(24)的总深度d大于所述耐磨环(10)的名义厚度(56)的三分之二。
4.根据前述权利要求中任一项所述的耐磨环(10)，其特征在于，所述凹处(24)形成为凹槽或圆孔。
5.根据权利要求4所述的耐磨环(10)，其特征在于，每个所述凹处在所述耐磨环(10)的横截面上具有侧面(50)，所述侧面相对于相应的凹处(24)的中心轴线(58)对称地布置，所述中心轴线(58)布置为平行于所述耐磨环(10)的正中面(28)。
6.根据权利要求4所述的耐磨环(10)，其特征在于，在所述耐磨环(10)的横截面上，至少一部分凹处(24)的中心轴线相对于所述耐磨环(10)的正中面(28)是倾斜的。
7.根据前述权利要求4至6中任一项所述的耐磨环(10)，其特征在于，在所述耐磨环(10)的横截面视图中，至少一部分凹处(24)示出为具有扩张的底部截面(60)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的耐磨环(10)，其特征在于，所述耐磨环(10)至少部分地具有燕尾形横截面形状。
9.根据权利要求1所述的耐磨环(10)，其特征在于，所述耐磨环(10)在其至少一个或两个侧面(18、20)上具有从相应侧面(20、22)延伸出的一个或多个侧向突起(58)。
10.根据权利要求9所述的耐磨环(10)，其特征在于，所述耐磨环(10)的相应侧面(20、22)上的多个侧向突起布置为在所述耐磨环(10)的周向方向上以规则的间隔彼此相隔开。
11.根据权利要求9或10所述的耐磨环(10)，其特征在于，所述侧向突起(58)具有三角形或矩形的截面形状。
12.一种耐磨环装置(100)，包括：
-第一和第二机器构件(30、32)，它们沿/绕运动轴线(34)彼此可移动地布置；以及
-耐磨环(10)，其具有根据前述权利要求1至11中任一项所述的特征，并以可拆卸的方式夹在所述机器构件(30、32)之一的双边咬边(52)的安装凹槽内(48)。
13.根据权利要求12所述的耐磨环装置(100)，其特征在于，具有安装凹槽(48)的机器构件(30、32)和耐磨环(10)通过燕尾榫接合在一起。
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