WO2004085857A1 - Zylinderrohr für einen arbeitszylinder und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Zylinderrohr für einen arbeitszylinder und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2004085857A1
WO2004085857A1 PCT/EP2004/002570 EP2004002570W WO2004085857A1 WO 2004085857 A1 WO2004085857 A1 WO 2004085857A1 EP 2004002570 W EP2004002570 W EP 2004002570W WO 2004085857 A1 WO2004085857 A1 WO 2004085857A1
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WO
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tube
intermediate layer
cylinder
outer tube
inner tube
Prior art date
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PCT/EP2004/002570
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Mechler
Klaus Voigt
Björn BRANDENBURG
Adrian Hanimann
René HUG
Thierry Bauer
Original Assignee
Festo Ag & Co
Haka.Gerodur Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1428—Cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2215/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another
    • F15B2215/30—Constructional details thereof
    • F15B2215/305—Constructional details thereof characterised by the use of special materials

Definitions

  • the invention relates to a cylinder tube for a working cylinder, in particular for a pneumatic cylinder, and a method for its production.
  • a cylinder for a piston-cylinder unit is described in EP 0 384 948 B1.
  • the cylinder shows one
  • Plastic existing tubular cylinder housing in which a barrel opening is formed for slidably receiving a piston. Its wall is connected to at least one stiffening element arranged in the circumferential area of the barrel opening outside of the latter, which is designed as a stiffening rod or rod.
  • the stiffening element extends parallel to the longitudinal direction of the barrel opening along this and is held in a recess in the wall of the cylinder housing.
  • DE 41 07 375 C2 also describes a cylinder tube for a working cylinder.
  • the cylinder tube comprises a tubular stiffening part which has a plurality of radially continuous openings and which is between a tubular inner plastic part and a tubular outer part. ren plastic part is embedded.
  • the two plastic parts are connected to one another in one piece by means of connecting projections which extend positively through the openings.
  • a housing for a working cylinder is known from EP 0 572 774 B1, which has a cylinder tube consisting of an inner tube and a coaxially arranged outer tube that surrounds the inner tube radially on the outside with direct contact.
  • the inner tube is a metal tube.
  • the outer tube is a plastic tube, which consists of unreinforced plastic material.
  • the object of the present invention is to provide a cylinder tube for a working cylinder which has good sliding properties with high rigidity and low weight.
  • a cylinder tube for a working cylinder with an inner tube made of thermoplastic material and a coaxially arranged outer tube made of fiber-reinforced thermoplastic material that surrounds the inner tube radially on the outside, with an intermediate layer between the inner tube and the outer tube fixed connection of the two tubes is arranged with each other.
  • the invention provides a cylinder tube for a working cylinder, which has an inner tube made of thermoplastic material and an outer tube made of fiber-reinforced thermoplastic material and coaxially surrounding the inner tube.
  • an intermediate layer is arranged between the inner tube and the outer tube, which ensures a firm connection of the two tubes to one another.
  • the intermediate layer consists of a hot-melt adhesive layer firmly connecting the two tubes. This intermediate layer prevents the two tubes from moving relative to one another.
  • the electrically conductive intermediate layer preferably consists of individual lines, of a braid or a fabric of lines which, when subjected to an alternating electrical voltage by forming an alternating magnetic field, can heat up their immediate surroundings.
  • a suitable temperature By heating to a suitable temperature, a fusion tion of the thermoplastic inner tube with the outer tube also made of thermoplastic material possible. This leads to an intimate and firmly adhering connection of the two pipes attached to each other.
  • the inner tube and the outer tube can consist of different plastic materials.
  • the inner tube mainly serves to guide a piston and to ensure a tight and abrasion-resistant sliding layer on which a piston that can be beaten with pressure fluid can slide with as little friction as possible.
  • the material of the inner tube should have a certain intrinsic flexibility in order to ensure a good seal against the piston surface at all times at high operating pressures.
  • the inner layer must have a uniform roundness and a high surface quality as well as high demands on the sliding friction factors.
  • the material of the inner tube must have the highest possible abrasion resistance.
  • the plastic of the inner tube cannot be provided with a fiber reinforcement, since the fiber ends would lead to increased wear of a working piston sliding in the inner tube and in particular its seals. For this reason, an unreinforced plastic is provided for the inner tube, in particular a tough thermoplastic with a very smooth surface.
  • the outer tube on the other hand, must ensure external stability and primarily serves to provide the entire cylinder tube with a sufficiently high strength with a correspondingly low to give formations due to the operating pressure and external influences. Furthermore, the outer tube serves to give the 2-cylinder tube a high and long-lasting resistance to external environmental influences. If necessary, a further protective layer can be applied to the outer tube for this purpose, for example in the form of a lacquer layer, a melted powder coating or the like.
  • the layer thickness of the intermediate layer is preferably smaller than the wall thickness of the inner tube and the outer tube.
  • the layer thickness of the intermediate layer can in particular have a maximum thickness of approximately 0.15 mm, but preferably less than approximately 0.1 mm.
  • the wall thickness of the fiber-reinforced outer tube is expediently greater than that of the inner tube, since the outer tube is responsible for the mechanical strength.
  • a typical wall thickness of the inner tube can be approximately 3 to 8% of its inner diameter.
  • a typical wall thickness of the outer tube can be approximately 6 to 15% of the inner diameter of the inner tube.
  • the layer thickness of the intermediate layer can accordingly be approximately 0.1 to 0.5% of the inner diameter of the inner tube. With an exemplary inner diameter of the inner tube of 25 mm, typical layer thicknesses of the inner tube of 1 mm, the intermediate layer of 0.05 mm and the outer tube of 2 mm can be selected.
  • the outer tube can be made from fiber-reinforced POM (polyoxymethylene) or from polyamide consist.
  • POM polyoxymethylene
  • Glass fibers or carbon fibers with a fiber content of between approximately 20 and 50% are particularly suitable for fiber reinforcement.
  • the fiber content is preferably around 30%.
  • the use of glass fibers enables the cylinder tube to be manufactured very economically.
  • Carbon fibers have a much higher strength and thus allow reduced wall thicknesses of the outer tube, but increase the manufacturing costs due to their significantly higher material costs.
  • the inner tube can in particular consist of a layer of unreinforced ASA (acrylonitrile / styrene ester / acrylic ester).
  • ASA acrylonitrile / styrene ester / acrylic ester.
  • This material has particularly favorable sliding properties and has the necessary flexibility with sufficient toughness.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing inexpensive and high-strength cylinder tubes for guiding a working cylinder.
  • This further object of the invention is achieved with a method for producing a cylinder tube for a working cylinder, in which an inner tube made of thermoplastic material and a radially outer, coaxially arranged outer tube made of fiber-reinforced thermoplastic plastic are extruded one after the other, with between Inner tube and outer tube an intermediate layer is applied for the firm connection of the two tubes.
  • a method for producing a cylinder tube for a working cylinder provides the following method steps.
  • An inner tube made of thermoplastic material is produced by means of an extrusion process.
  • An intermediate layer is applied to this, preferably after a cooling phase of the inner tube.
  • an outer tube is applied to the intermediate layer, which radially surrounds the inner tube and the intermediate layer and is arranged coaxially with the inner layers.
  • the outer tube and inner tube are firmly connected to each other with the help of the intermediate layer. This prevents possible relative movements due to the different materials and the possibly insufficient adhesion to one another.
  • a first embodiment of the method according to the invention provides that an intermediate layer of hot-melt adhesive firmly connecting the two tubes is applied between the inner tube and the outer tube. Before this adhesive layer is applied, a cooling phase of the inner tube is preferably waited so that it already has its final shape stability and is not deformed and / or compressed by the subsequent extrusion steps.
  • the outer tube can be used immediately after the adhesive layer are applied to this and gives the cylinder tube its final shape stability and strength.
  • the inner tube is wrapped with an intermediate layer of electrically conductive material, to which the outer tube made of fiber-reinforced thermoplastic material is then applied by means of an extrusion process.
  • an electrical voltage can be applied to the electrically conductive intermediate layer, as a result of which an alternating magnetic field is generated in the boundary layer between the inner tube and the outer tube.
  • FIG. 1 shows a cylindrical tube according to the invention in a schematic longitudinal sectional illustration
  • FIG. 2 shows the cylinder tube according to FIG. 1 in a schematic cross-sectional illustration
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal sectional illustration of successive method steps for producing the cylinder tube according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows an alternative variant of the cylinder tube in a schematic longitudinal sectional illustration
  • FIG. 5 shows the cylinder tube according to FIG. 4 in a schematic cross-sectional illustration
  • FIG. 6 shows a further schematic longitudinal sectional illustration of successive method steps for producing the cylinder tube according to FIG. 4.
  • FIGS. 1 and 2 A first variant of the cylinder tube 10 according to the invention is illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • the cylinder tube 10 is constructed from three layers arranged coaxially to one another.
  • An inner tube 12 serves to guide a working piston (not shown) which can be pressurized and can perform linear thrust movements.
  • the inner tube 12 consists of a thermoplastic material, which preferably has no fiber reinforcement.
  • Around this hollow cylindrical inner tube 12 there is also a hollow cylindrical outer tube 14 which also consists of thermoplastic.
  • the outer tube 14, however, has a fiber reinforcement 20 to increase its strength.
  • FIG. 3 illustrates the process for producing the cylinder tube 10, which is preferably produced in a multi-stage extrusion process.
  • a first process step the inner tube 12 is extruded from thermoplastic material.
  • this method step is only indicated by pressing the inner tube through an extrusion head 24. This process step is illustrated by the two arrows A.
  • any thermoplastic material that has the desired strength and sliding properties and has sufficient abrasion resistance with prolonged use can be used as the material for the inner tube 12.
  • ASA acrylonitrile / styrene ester / acrylic ester
  • the outer tube can in particular consist of polyamide, POM (polyoxymethylene) or other suitable high-strength thermoplastics.
  • the inner tube 12 serves for the exact guidance and sealing of the working piston. It can therefore be made relatively thin.
  • a known method for increasing the strength of plastics and for reducing the necessary wall thicknesses is the use of so-called filled materials, which are in particular provided with fiber reinforcement.
  • the inner tube 12 cannot be provided with a fiber reinforcement, since the fiber ends could impair the sliding properties of the inner circumferential surface functioning as a running surface and would damage the seals of the working piston sliding therein. This would lead to a greatly reduced working life of the working cylinder.
  • a stabilizing outer tube 14 is arranged around the inner tube 12, which is firmly connected to it by means of the intermediate layer 16 and prevents relative movements of the two tubes relative to one another.
  • the outer tube 14 serves for the mechanical stability of the cylinder tube 10 and is therefore preferably clear with a larger wall thickness.
  • Glass fibers and / or carbon fibers are particularly suitable as fiber reinforcement 20 in the outer tube 14, depending on which strength properties are desired or which manufacturing costs are tolerated.
  • the fiber content can typically be around 30%.
  • the intermediate layer 16, on the other hand, can be very thin. Typical wall thicknesses for an inner diameter of the inner tube 12 of approximately 25 mm are approximately 1 mm for the inner tube 12, approximately 0.05 mm for the intermediate layer 16 made of hot-melt adhesive 22 and approximately 2 mm for the outer tube 14.
  • FIGS. 4 and 5 show an alternative embodiment of the cylinder tube 10 according to the invention, the intermediate layer 16 of which does not consist of a hot melt adhesive, but of an electrically conductive layer.
  • This electrically conductive intermediate layer 16 can be formed, for example, from thin lines 18, which can be wound around the inner tube 12.
  • the intermediate layer 16 can also be designed in the form of a braid or fabric made of lines 18.
  • FIG. 6 illustrates the production of such a cylinder: t-tube 10, in which the inner tube 12 is first extruded from unreinforced thermoplastic. This first process step is illustrated by the two arrows A, in which case viscous plastic is pressed through the extrusion head 24 and forms the inner tube 12 after solidification.
  • the electrically conductive intermediate layer 16 is then applied around this, for example by winding up individual lines 18, a fabric or a braid made of lines 18. This application or winding is illustrated by the arrows D.
  • the outer tube 14 is then applied by extrusion, which is indicated by the arrows C.
  • the electrically conductive intermediate layer 16 serves to subsequently increase the possibly low mechanical adhesion between the inner and the outer tube. This can be achieved in that the intermediate layer 16 serves as a secondary coil for an alternating magnetic field.
  • the resulting eddy current generates an increased temperature due to the resistance heat, which is above the melting temperature of the inner and outer tube. This results in welding of the two pipes, which manifests itself in an increase in the strength parameters and thus in a reduction in the necessary wall thicknesses.
  • the materials, wall thicknesses and dimensions of the second variant according to FIGS. 4 to 6 can otherwise correspond to the first variant according to FIGS. 1 to 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zylinderrohr für einen Arbeitszylinder, mit einem aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Innenrohr (12) und einem das Innenrohr (12) radial aussen umschliessenden, koaxial angeordneten Aussenrohr (14) aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff. Es ist vorgesehen, dass zwischen Innenrohr (12) und Aussenrohr (14) eine Zwischenschicht (16) zur festen Verbindung der beiden Rohre (12, 14) miteinander angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderrohrs für einen Arbeitszylinders, bei dem nacheinander ein Innenrohr (12) aus thermoplastischem Kunststoff und ein dieses radial aussen umschliessendes, koaxial angeordnetes Aussenrohr (14) aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff extrudiert wird. Hierbei ist vorgesehen, dass zwischen Innenrohr (12) und Aussenrohr (14) eine Zwischenschicht (16) zur festen Verbindung der beiden Rohre (12, 14) aufgebracht wird.

Description

Zylinderrohr für einen Arbeitszyldnr1er und Verfahren
7:11 dessen Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Zylinderrohr für einen Arbeitszylinder, insbesondere für einen Pneumatikzylinder, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Ein Zylinder für ein Kolben-Zylinder-Aggregat ist in der EP 0 384 948 Bl beschrieben. Der Zylinder weist ein aus
Kunststoff bestehendes rohrförmiges Zylindergehäuse auf, in das eine LaufÖffnung zur verschiebbaren Aufnahme eines Kolbens eingeformt ist. Seine Wandung ist mit mindestens einem im Umfangsbereich der LaufÖffnung außerhalb dieser angeordne- ten Versteifungselement verbunden, das als Versteifungsstab oder -stange ausgebildet ist. Das Versteifungselement erstreckt sich parallel zur Längsrichtung der LaufÖffnung entlang dieser und ist in einer Ausnehmung der Wandung des Zylindergehäuses gehalten.
Weiterhin beschreibt die DE 41 07 375 C2 ein Zylinderrohr für einen Arbeitszylinder. Das Zylinderrohr umfasst ein rohrförmiges Versteifungsteil, das über eine Mehrzahl radial durchgehender Durchbrechungen verfügt und das zwischen einem rohr- förmigen inneren Kunststoffteil und einem rohrförmigen äuße- ren Kunststoffteil eingebettet ist. Die beiden Kunststoffteile sind untereinander über sich formschlüssig durch die Durchbrechungen hindurch erstreckende Verbindungsvorsprünge einstückig miteinander verbunden.
Schließlich ist aus der EP 0 572 774 Bl ein Gehäuse für einen Arbeitszylinder bekannt, das ein aus einem Innenrohr und einem das Innenrohr radial außen unter unmittelbarem Kontakt fest umschließenden, koaxial angeordneten Außenrohr bestehen- des Zylinderrohr aufweist. Das Innenrohr ist ein Metallrohr. Das Außenrohr ist ein Kunststoffrohr, das aus unverstärktem Kunststoffmaterial besteht.
Zum Stand der Technik sind ferner noch die DE 4107375 C2, EP 0572774 Bl, EP 0384948 Bl, JP 63-176874 (Abstract), US 4207807 und die US 3802985 zu erwähnen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Zylinderrohr für einen Arbeitszylinder zur Verfügung zu stel- len, das bei hoher Steifigkeit und geringem Gewicht über gute Gleiteigenschaften verfügt.
Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Zylinderrohr für einen Arbeitszylinder, mit einem aus thermoplasti- schem Kunststoff bestehenden Innenrohr und einem das Innenrohr radial außen umschließenden, koaxial angeordneten Außenrohr aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff, wobei zwischen Innenrohr und Außenrohr eine Zwischenschicht zur festen Verbindung der beiden Rohre miteinander angeordnet ist.
Die Erfindung sieht ein Zylinderrohr für einen Arbeitszyliii- der vor, das ein aus thermoplastischem Kunststoff bestehendes Innenrohr sowie ein das Innenrohr radial außen umschließendes, koaxial angeordnetes Außenrohr aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff aufweist. Erfindungsgemäß ist zwischen Innenrohr und Außenrohr eine Zwischenschicht ange- ordnet, die für eine feste Verbindung der beiden Rohre miteinander sorgt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung besteht die Zwischenschicht aus einer die beiden Rohre fest miteinander verbindenden SchmelzklebstoffSchicht . Durch diese Zwischenschicht wird verhindert, dass eine Relativbewegung der beiden Rohre zueinander stattfinden kann.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Zwischenschicht aus einer elektrisch leitfähigen
Schicht besteht, mittels derer ein magnetisches Wechselfeld erzeugt werden kann. Vorzugsweise besteht die elektrisch leitfähige Zwischenschicht aus einzelnen Leitungen, aus einem Geflecht oder einem Gewebe von Leitungen, die durch eine Be- aufschlagung mit einer elektrischen Wechselspannung durch Ausbildung eines magnetischen Wechselfeldes zu einer Erwärmung ihrer unmittelbaren Umgebung führen können. Durch eine Erwärmung auf eine geeignete Temperatur ist eine Verschmel- zung des thermoplastischen Innenrohres mit dem ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Außenrohr möglich. Dies führt zu einer innigen und fest haftenden Verbindung der beiden aufeinander aufgebrachten Rohre.
Das Innenrohr und das Außenrohr können aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen. Das Innenrohr dient vorwiegend zur Führung eines Kolbens und zur Gewährleistung einer dichten und abriebfesten Gleitschicht, auf der ein mit Druckfluid beau schlagbarer Kolben möglichst reibungsarm gleiten kann. Zudem soll das Material des Innenrohrs eine gewisse Eigenflexibilität aufweisen, um auf bei hohen Betriebsdrücken jederzeit für eine gute Abdichtung gegen die Kolbenoberfläche zu sorgen. Weiterhin muss die innere Schicht eine gleichmäßige Rundheit und eine hohe Oberflächengüte aufweisen sowie hohen Ansprüchen an die Gleitreibungsfaktoren genügen. Das Material des Innenrohrs muss eine möglichst hohe Abriebfestigkeit aufweisen. Allerdings kann der Kunststoff des Innenrohrs nicht mit einer Faserverstärkung versehen werden, da die Faserenden zu erhöhtem Verschleiß eines im Innenrohr gleitenden Arbeitskolbens und insbesondere dessen Dichtungen führen würden. Aus diesem Grund ist für das Innenrohr ein unverstärkter Kunststoff vorgesehen, insbesondere ein zäher und über eine sehr glatte Oberfläche verfügender Thermoplast .
Das Außenrohr hingegen muss für die äußere Stabilität sorgen und dient in erster Linie dazu, dem gesamten Zylinderrohr eine ausreichend hohe Festigkeit bei entsprechend geringen Ver- formungen durch den Betriebsdruck sowie durch äußere Einwirkungen zu geben. Weiterhin dient das Außenrohr dazu, dem 2y- linderrohr eine hohe und lang anhaltende Beständigkeit gegen äußere Umwelteinflüsse zu geben. Gegebenenfalls kann zu die- sem Zweck eine weitere Schutzschicht auf das Außenrohr aufgebracht sein, beispielsweise in Gestalt einer Lackschicht, einer aufgeschmolzenen Pulverbeschichtung oder dergleichen.
Vorzugsweise ist die Schichtdicke der Zwischenschicht jeweils kleiner als die Wandstärke des Innenrohrs und des Außenrohrs. Die Schichtdicke der Zwischenschicht kann insbesondere eine maximale Dicke von ca. 0,15 mm, vorzugsweise jedoch von weniger als ca. 0,1 mm aufweisen. Zweckmäßigerweise ist die Wandstärke des faserverstärkten Außenrohrs größer als die des In- nenrohrs, da das Außenrohr für die mechanische Festigkeit verantwortlich ist. Eine typische Wandstärke des Innenrohrs kann ca. 3 bis 8 % seines Innendurchmessers betragen. Eine typische Wandstärke des Außenrohrs kann ca. 6 bis 15 % des Innendurchmessers des Innenrohrs betragen. Die Schichtdicke der Zwischenschicht kann dem entsprechend ca. 0,1 bis 0,5 % des Innendurchmessers des Innenrohrs betragen. Bei einem beispielhaften Innendurchmessers des Innenrohrs von 25 mm können typische Schichtdicken des Innenrohrs von 1 mm, der Zwischenschicht von 0,05 mm und des Außenrohrs von 2 mm gewählt wer- den.
Das Außenrohr kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus faserverstärktem POM (Polyoxymethylen) oder aus Polyamid bestehen. Für die Faserverstärkung eignen sich insbesondere Glasfasern oder Carbonfasern mit einem Faseranteil zwischen ca. 20 und 50 %. Der Faseranteil liegt vorzugsweise bei ungefähr 30 %. Die Verwendung von Glasfasern ermöglicht eine sehr kostengünstige Herstellung des Zylinderrohrs. Carbonfasern weisen eine wesentlich höhere Festigkeit auf und ermöglichen dadurch reduzierte Wandstärken des Außenrohrs, erhöhen jedoch die Herstellkosten aufgrund ihrer wesentlich höheren Materialkosten.
Das Innenrohr kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung insbesondere aus einer Schicht aus unverstärktem ASA (Acrylnitril/Styrolester/Acrylester) bestehen. Dieses Material weist besonders günstige Gleiteigenschaften auf und ver- fügt über die erforderliche Flexibilität bei gleichzeitig ausreichender Zähigkeit .
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von kostengünstigen und hochfesten Zylinderrohren zur Führung eines Arbeitszylinders zur Verfügung zu stellen.
Diese weitere Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines Zylinderrohrs für einen Ar- beitszylinder, bei dem nacheinander ein Innenrohr aus thermoplastischem Kunststoff und ein dieses radial außen umschließendes, koaxial angeordnetes Außenrohr aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff extrudiert wird, wobei zwischen Innenrohr und Außenrohr eine Zwischenschicht zur festen Verbindung der beiden Rohre aufgebracht wird.
Demgemäß sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinder- rohrs für einen Arbeitszylinder die folgenden Verfahrensschritte vor. Mittels eines Extrusionsverfahrens wird ein innenrohr aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt. Auf dieses wird eine Zwischenschicht aufgebracht, vorzugsweise nach einer Abkühlphase des Innenrohrs. Anschließend wird auf die Zwischenschicht in einem weiteren Extrusionsschritt ein Außenrohr aufgebracht, welches das Innenrohr und die Zwischenschicht radial außen umschließt und koaxial zu den inneren Schichten angeordnet wird. Außenrohr und Innenrohr werden mit Hilfe der Zwischenschicht fest miteinander verbunden. Hierdurch werden mögliche Relativbewegungen aufgrund der unterschiedlichen Materialien und der damit möglicherweise nicht ausreichenden Haftung aneinander verhindert .
Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zwischen Innenrohr und Außenrohr eine die beiden Rohre fest miteinander verbindende Zwischenschicht aus Schmelzklebstoff aufgebracht wird. Vor dem Aufbringen dieser Klebstoffschicht wird vorzugsweise eine Abkühlphase des Innenrohrs abgewartet, damit dieses bereits seine endgültige Formstabilität aufweist und nicht durch die nachfolgenden Extrusionsschritte verformt und/oder komprimiert wird. Das Außenrohr kann unmittelbar nach dem Aufbringen der Schmelz- klebstoffschicht auf diese aufgebracht werden und gibt dem Zylinderrohr seine endgültige Formstabilität und Festigkeit.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Innenrohr nach seiner Herstellung mit einer Zwischenschicht aus elektrisch leitfähigem Material umwickelt, auf die anschließend mittels Extrusionsverfahren das Außenrohr aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff aufgebracht wird. Die elektrisch leitfähige Zwischenschicht kann nach dem Aufbringen des Außenrohrs mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden, wodurch ein magnetisches Wechselfeld in der Grenzschicht zwischen Innenrohr und Außenrohr erzeugt wird. Dieses führt zu einer Erwärmung und bei geeigneter Ansteuerung zu einem Aufschmelzen der thermoplas- tischen Kunststoffe und nach dem Abkühlen zu einer festen und innigen Verbindung zwischen Innenrohr und Außenrohr.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus den nachfolgend beschrie- benen Ausführungsbeispielen.
Nachfolgend werden ein bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt :
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Zylinderrohr in einer schematischen Längsschnittdarstellung, Figur 2 das Zylinderrohr gemäß Figur l in schematischer Querschnittdarstellung,
Figur 3 eine schematische Längsschnittdarstellung von aufeinander folgenden Verfahrensschritten zur Herstellung des Zylinderrohrs gemäß Figur l,
Figur 4 eine alternative Variante des Zylinderrohrs in schematischer Längsschnittdarstellung,
Figur 5 das Zylinderrohr gemäß Figur 4 in schematischer Querschnittdarstellung und
Figur 6 eine weitere schematische Längsschnittdarstellung von aufeinander folgenden Verfahrensschritten zur Herstellung des Zylinderrohrs gemäß Figur 4.
Eine erste Variante des erfindungsgemäßen Zylinderrohrs 10 ist anhand der Figuren 1 und 2 verdeutlicht. Das Zylinderrohr 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus drei koaxial zueinander angeordneten Schichten aufgebaut . Ein Innenrohr 12 dient zur Führung eines Arbeitskolbens (nicht dargestellt) , der mit Druck beaufschlagbar ist und lineare Schubbewegungen ausführen kann. Das Innenrohr 12 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, der vorzugsweise keine Faserverstärkung aufweist. Um dieses hohlzylindrische Innenrohr 12 ist ein ebenfalls hohlzylindrisches Außenrohr 14 angeordnet, das ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff besteht. Das Außenrohr 14 weist jedoch eine Faserverstärkung 20 zur Erhöhung seiner Festigkeit auf. Zwischen Innenrohr 12 und Außenrohr 14 ist eine die beiden Rohre verbindende Zwischenschicht 16 vor- gesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Schmelzklebstoff 22 besteht.
Figur 3 verdeutlicht das Verfahren zur Herstellung des Zylinderrohrs 10, das vorzugsweise in einem mehrstufigen Extrusi- onsverfahren hergestellt wird. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Innenrohr 12 aus thermoplastischem Kunststoff extrudiert. In der schematischen Darstellung der Figur 3 ist dieser Verfahrensschritt lediglich angedeutet, indem das Innenrohr durch einen Extrusionskopf 24 gedrückt wird. Dieser Verfahrensschritt wird durch die beiden Pfeile A verdeutlicht.
Als Material für das Innenrohr 12 kommt grundsätzlich jeder thermoplastische Kunststoff in Frage, der über die gewünsch- ten Festigkeits- und Gleiteigenschaften verfügt sowie eine ausreichende Abriebsfestigkeit bei länger andauerndem Gebrauch aufweist. Insbesondere eignet sich hierfür ASA (Acrylnitril/Styrolester/Acrlyester) , das vorzugsweise keine Faserverstärkung aufweist. Das Außenrohr kann insbesondere aus Polyamid, aus POM (Polyoxymethylen) oder aus anderen geeigneten hochfesten Thermoplasten bestehen. Nachdem das Innenrohr 12 abgekühlt ist, kann in einem weiteren Extrusionsschritt die Zwischenschicht 16 in Gestalt des Schmelzklebers 22 aufgebracht werden, was durch die beiden Pfeile B verdeutlicht ist. Unmittelbar anschließend kann in einem weiteren Extrusionsschritt das Außenrohr 14 aus faserverstärktem Kunststoff aufgebracht werden, was durch die beiden Pfeile C angedeutet ist.
Das Innenrohr 12 dient zur exakten Führung und Abdichtung des Arbeitskolbens. Es kann daher relativ dünn ausgebildet werden. Eine bekannte Methode zur Erhöhung der Festigkeit von Kunststoffen und zur Verringerung der notwendigen Wandstärken liegt in der Verwendung sogenannter gefüllter Werkstoffe, die insbesondere mit einer Faserverstärkung versehen sind. Das Innenrohr 12 kann jedoch im vorliegenden Fall nicht mit einer Faserverstärkung versehen werden, da die Faserenden die Gleiteigenschaften der als Lauffläche fungierenden Innenmantelfläche beeinträchtigen könnten sowie zur Beschädigung von darin gleitenden Dichtungen des Arbeitskolbens führen würden. Dies würde zu einer stark reduzierten Lebensdauer des Arbeitszylinders führen. Aus diesem Grund wird um das Innenrohr 12 ein stabilisierendes Außenrohr 14 angeordnet, das mittels der Zwischenschicht 16 fest mit diesem verbunden wird und Relativbewegungen der beiden Rohre gegeneinander verhin- dert .
Das Außenrohr 14 dient zur mechanischen Stabilität des Zylinderrohrs 10 und wird daher vorzugsweise mit einer deutlich größeren Wandstärke ausgebildet. Als Faserverstärkung 20 im Außenrohr 14 eignen sich insbesondere Glasfasern und/oder Kohlefasern, je nachdem, welche Festigkeitseigenschaften gewünscht bzw. welche Herstellkosten toleriert werden. Der Fa- seranteil kann typischerweise bei ungefähr 30 % liegen. Die Zwischenschicht 16 kann dagegen sehr dünn ausfallen. Typische Wandstärken für einen Innendurchmesser des Innenrohrs 12 von ca. 25 mm liegen bei ca. 1 mm für das Innenrohr 12, bei ca. 0,05 mm für die Zwischenschicht 16 aus Schmelzklebstoff 22 und bei ca. 2 mm für das Außenrohr 14.
Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich große Rohrlängen des Zylinderrohrs 10 mit hoher Maßhaltigkeit und sehr gleichmäßigen Wandstärken herstellen. Es sind damit Zylinderroh- re 10 mit Längen von mehr als 3000 mm herstellbar, die je nach Ausgestaltung und Materialwahl problemlos eine Lebensdauer von 20 Mio. Lastzyklen übersteigen können.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zylinderrohrs 10, dessen Zwischenschicht 16 nicht aus einem Schmelzklebstoff, sondern aus einer elektrisch leitenden Schicht besteht. Dieses elektrisch leitende Zwischenschicht 16 kann beispielsweise aus dünnen Leitungen 18 gebildet sein, die um das Innenrohr 12 gewickelt sein können. Die Zwischenschicht 16 kann auch in Form eines Geflechts oder Gewebes aus Leitungen 18 ausgebildet sein. Figur 6 verdeutlicht die Herstellung eines solchen Zylinde:t- rohrs 10, bei dem zunächst das Innenrohr 12 aus unverstärktem thermoplastischen Kunststoff extrudiert wird. Dieser erste Verfahrensschritt wird durch die beiden Pfeile A verdeut- licht, wobei hier zähflüssiger Kunststoff durch den Extrusi- onskopf 24 gedrückt wird und nach dem Erstarren das Innenrohr 12 bildet. Um dieses wird anschließend die elektrisch leitende Zwischenschicht 16 aufgebracht, beispielsweise durch aufwickeln von einzelnen Leitungen 18, eines Gewebes oder ei- nes Geflechts aus Leitungen 18. Dieses Aufbringen beziehungsweise Aufwickeln wird durch die Pfeile D verdeutlicht. Anschließend wird das Außenrohr 14 mittels Extrusion aufgebracht, was durch die Pfeile C angedeutet ist.
Die elektrisch leitfähige Zwischenschicht 16 dient dazu, die unter Umständen geringe mechanische Haftung zwischen dem Innen- und dem Außenrohr nachträglich zu erhöhen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Zwischenschicht 16 als Sekundärspule für ein magnetisches Wechselfeld dient. Der entste- hende Wirbelstrom erzeugt durch die Widerstandswärme eine erhöhte Temperatur, welche über der Schmelztemperatur des Innen- und des Außenrohrs liegt. Damit wird ein Verschweißen der beiden Rohre erreicht, welches sich in einer Erhöhung der Festigkeitskennwerte und damit in einer Reduktion der notwen- digen Wandstärken äußert . Die Materialien, Wandstärken und Abmessungen der zweiten Variante gemäß den Figuren 4 bis 6 können im Übrigen der ersten Variante gemäß den Figuren 1 bis 3 entsprechen.

Claims

Anspr che
1. Zylinderrohr für einen Arbeitszylinder, mit einem aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Innenrohr (12) und einem das Innenrohr (12) radial außen umschließenden, koaxial angeordneten Außenrohr (14) aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff, wobei zwischen Innenrohr (12) und Außenrohr (14) eine Zwischen- Schicht (16) zur festen Verbindung der beiden Rohre (12, 14) miteinander angeordnet ist.
2. Zylinderrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (16) aus einem die beiden Roh- re fest miteinander verbindenden Schmelzklebstoff (22) besteht.
3. Zylinderrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (16) aus einer elektrisch leitfähigen Schicht zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes besteht.
4. Zylinderrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (16) aus einzelnen Leitungen (18) , aus einem Geflecht oder einem Gewebe besteht.
5. Zylinderrohr nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (16) durch eine Beaufschlagung mit elektrischer Spannung erwärmbar ist.
6. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (12) durch Erwärmung der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht (16) mit dem Außenrohr (14) verschmelzbar ist.
Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (12) und das Außenrohr (14) aus unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffmaterialien bestehen.
8. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (16) eine Schichtdicke aufweist, die jeweils kleiner ist als die Wandstärke des Innenrohrs (12) und des Außen- rohrs (14).
9. Zylinderrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Zwischenschicht (16) maximal ca. 0,15 mm, vorzugsweise maximal 0,1 mm beträgt.
10. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (14) eine größere Wandstärke aufweist als das Innenrohr (12) .
11. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Innenrohrs (12) ca. 3 bis 8 % seines Innendurchmessers be- trägt .
12. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Außenrohrs (14) ca. 6 bis 15 % des Innendurchmessers des In- nenrohrs (12) beträgt.
13. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Zwischenschicht (16) ca. 0,1 bis 0,5 % des Innendurchmes- sers des Innenrohrs (12) beträgt.
14. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (14) aus faserverstärktem POM (Polyoxymethylen) oder PA (Polyamid) besteht.
15. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (14) eine Faserverstärkung (20) aus Glas- und/oder Carbonfasern aufweist .
16. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faseranteil des Außen- rohrs (14) ca. 20 bis 50, vorzugsweise ca. 30 % beträgt .
17. Zylinderrohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (12) aus unverstärktem ASA (Acrylnitril/Styrolester/Acrlyester) besteht.
18. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderrohrs für einen Arbeitszylinder, bei dem nacheinander ein Innenrohr (12) aus thermoplastischem Kunststoff und ein dieses radial außen umschließendes, koaxial angeordnetes Außenrohr (14) aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff extrudiert wird, wobei zwischen Innen- röhr (12) und Außenrohr (14) eine Zwischenschicht (16) zur festen Verbindung der beiden Rohre (12, 14) aufgebracht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Innenrohr (12) und Außenrohr (14) eine die beiden Rohre (12, 14) fest miteinander verbindende Zwischenschicht (16) aus Schmelzklebstof (22) aufgebracht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (16) aus Schmelzklebstoff (22) nach einer Abkühlphase auf das Innenrohr (12) aufgebracht wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (14) unmittelbar nach dem Aufbringen der Zwischenschicht (16) aus Schmelzkleb- stoff (22) mittels Extrusion auf die Zwischenschicht (16) aufgebracht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (12) nach seiner Herstellung mit ei- ner Zwischenschicht (16) aus elektrisch leitfähigem Material umwickelt wird, auf die anschließend durch Extrusion das Außenrohr (14) aufgebracht wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht (16) nach dem Aufbringen des Außenrohres (14) mit einer e- lektrischen Spannung beaufschlagt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander in Kontakt stehenden Außen- und
Innenmantelflächen des Innen- bzw. Außenrohrs (12 bzw. 14) mittels einer Erwärmung der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht (16) fest miteinander verschmolzen werden.
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