液压或气动工作装置的功能件的接缝 连接方法和接缝连接装置 本发明涉及一种用于液压或气动工作装置，尤其是井下开采的工作缸如支柱的功能件接缝连接地方法，所述功能件包括一个有外壁段的第一构件和一个有内壁段的第二构件，它们可通过搭接的壁段并合以及在此区域内互相连接在一起。此外，本发明还涉及这种用于相应的功能件的接缝连接装置，其包括一个有外壁段的第一构件和一个有内壁段的第二构件，这些构件可通过搭接的壁段并合以及互相连接。
尤其在井下开采时需要许多液压操纵的矿用支柱或立柱，以便使矿工造成的井下空腔如工作面或巷道保持通敞。此外，在移动采矿机械和类似机械时也要使用液压工作缸。立柱或矿用支柱可以设计为简单的工作缸或可伸缩的多段工作缸，而液压千斤顶大多设计为可沿压出和下沉方向用起重力操纵的双向作用的液压功力缸。在这里，每个工作缸包括至少一个在缸内部的空腔以及一个带活塞杆作为轴向运动体的活塞，它们总是由两个部分组成，必须互相流体密封地连接，以及，在接缝连接状态还必须能承受数百bar的高液压。
例如由DEAS 1207317、DE 10045680A1或DE 4323462已知一些可伸缩的矿用支柱。每个缸级包括一个作为第一功能件的缸管和一个作为第二功能件的缸前盖，它们通过扣环连接、焊接或螺纹连接互相密封连接。采用焊接带来的优点是，在连接部位不会产生不密封性。当然焊接的缺点在于，用作工作缸的管子的接缝和缸前盖、扣环或底板的接缝通过焊接可能受损害或破坏。为了能将冷拔管用于工作缸，在DE 4323462C2中建议，工作缸的壁段与配属的底板或缸前盖通过锁紧线固定，该锁紧线嵌入到一连接槽内。在液压或气动工作装置的功能件之间的另一些接缝连接装置由互相对应的螺纹、开口销、夹紧套筒等构成。互相连接部分之间的接缝间隙或分界间隙的密封通过静力密封装置实现。
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于液压或气动工作装置的功能件接缝连接的方法以及一种用于这些功能件的接缝连接装置，以缩短在相互装配功能件时的装配时间，而不会对用于功能件的材料的接缝造成不利影响，与此同时还可以实现功能件之间接缝间隙的密封。
有关方法方面的技术问题通过权利要求1中所说明的发明得以解决，而有关接缝连接装置的技术问题通过在权利要求6中所说明的发明得以解决。
按照本发明的方法的特征在于下列步骤，即，通过搭接的壁段将所述构件配置为借助设在两个壁段内的槽构成一空腔；空腔内充填处于在加热或塑化状态可流动的塑料浇注料，该塑料浇注料在硬化或凝固状态通过形封闭(Formschluβ)将两个构件互相连接在一起。置入到功能件壁段之间的空腔内的塑料，一旦其已硬化或凝固，便通过形封闭阻止功能件之间的相对运动，因为塑料侵入到设在两个壁段中的槽内，这些槽被完全填满以及在空腔内凝固成一个形状稳定的可以说是刚性的物体。塑料浇注料的塑化温度比金属的熔点低得多，例如约为300℃，所以不会发生影响金属制成的功能件的组织结构。因此特别有利的是，所述功能件，尤其缸管，可以用冷拔管制成以及所有的功能件可以在制成接缝连接装置前已经例如镀层。此外，用金属制的功能件在所述构件通过焊接来接缝时可能产生的变形的危险也不复存在。与此同时有利的是，在搭接的壁段处的加工误差以及考虑到塑料约0.2％至1％波动的倾向通过浇注塑料几乎被完全消除。
在所述方法的优选扩展设计中，作为浇注料采用压注料，它尤其用高压注入空腔内。注入时的压力可例如为200bar，以便于尽管流程比较长也能完全和在短时间内充满整个空腔。优选地在充填或注入浇注料前，至少对构成搭接区的功能件的壁段例如通过感应加热进行预热。此外有利的是，对于某些具有形封闭连接装置的功能件可同时构成一个(用于导引一个轴向运动体如活塞杆或在其中一个功能件的内侧上的内缸或在其外侧上的构件本身的)导套或类似物和/或也可构成一个用于导套的密封系统。因此，在装配功能件及接缝时便可以取消另外安装用于轴向运动构件、尤其如活塞杆或一多级工作缸的一个缸级的内缸的导向带的步骤。
按照本发明的接缝连接装置的特征在于，两个壁段具有在连接状态下构成一空腔的槽，该空腔内充填可流动的塑料浇注料，浇注料在其硬化或凝固后通过形封闭将两个构件互相连接在一起。在按照本发明的接缝连接装置中，在优选地用金属制的功能件中的槽用凝固成固体的锁止体的浇注料充填，以及形封闭地啮合在所述槽内的锁止体防止两个功能件之间的相对运动。同时，在空腔内已硬化的浇注料还起到密封两个功能件的壁段之间接缝间隙的作用，所以不再需要在连接工作缸功能件时迄今使用的并意味着沉重的环境负担的密封剂，如丙烯酸类聚合物。完成接缝连接所需要的时间很短以及取决于塑料注入的持续时间和它的硬化时间。总之，采用按照本发明的接缝连接装置可以显著缩短所述构件的装配时间。
在优选的扩展设计中，总是所述其中一个功能件有一个浇注料的充填或注入口，该充填或注入口通过一内部的浇注通道通入到相关的槽内。所述浇注通道在最简单的情况下由一个孔构成。进一步优选地，两个壁段有多个槽。由此在两个功能件的搭接区内形成多个设计为必要时彼此基本上隔开的空腔，在空腔内各凝固一个锁止体，其结果是提高了可由接缝连接装置承受的力。尤其在液压式工作缸的情况下这是需要的，它们形成本发明优选的应用领域并针对数百bar的工作压力来设计。所述槽相宜地由环形的沟槽、沟纹、凹槽之类构成。它们可尤其横向于所述功能件之间的分界缝定向。特别有利的是，所述沟槽、沟纹、凹槽等有朝所述壁段方向上升的底段，这些底段优选地互相成直角，和/或较长的底段相对于所述壁段的斜角为25°至35°，尤其约为30°。当所述槽的较长的那个底段的斜角约为30°时，出人意外地证明按照本发明借助浇注的塑料形成的接缝连接的固持力有最佳值。另一方面，接缝连接装置能承受的固持力，随着所述沟槽、沟纹或凹槽的数量的增大以及随着沿主负荷方向平行于分界缝的有效横截面的增大而线性地提高。
相宜地在至少一个构件的壁段内设一个横向于所有槽延伸的分配通道，所述浇注通道优选地通入到此分配通道内。这样做的优点是，两个功能件的壁段可以互相插套，而不需要为了最佳地分配注入的可流动的塑料在两个功能件之间一个规定的位置。在分配通道内硬化或凝固的塑料同时在互相连接的构件之间构成了一个附加的防扭转装置，并可以取消单独的防扭转件，如无头螺钉或开口销。
特别有利的是，在两个构件的壁段内以这样的方式设置所述沟槽、沟纹、凹槽等，即，使得浇注料凝固或硬化成有比较小的横截面的、优选为矩形横截面的环。因此这些环可以以这样的方式在槽内或在空腔内构成，即，所述凝固环横截面主对角线与功能件之间由拉力或压力引起的分离力的主负荷方向重合。在这方面特别有利的是，相邻的槽通过一过渡段彼此隔开，其中，在连接状态下所述第一和第二构件的壁段的过渡段直接重叠。这尤其还改善了按照本发明的接缝连接装置的密封功能，因为彼此相邻的过渡段分别构成一个密封间隙，塑料的凝固体处于它们之间并承担密封功能。
按照本发明的接缝连接装置提供的另一个优点是，在某些功能件中在通过浇注料构成接缝连接装置的同时还可以浇注成一个用于导引一个可在相关的功能件内部轴向运动的物体或用于导引此相关构件本身的导套或类似物，为此，所述功能件的壁段上的槽通过一输送通道通入一个环形腔内。显然，必要时在环形腔的两侧必须设恰当的密封装置，如双唇形密封圈或刮具(Abstreifer)，它们一方面防止浇注料从环形腔泄出，以及另一方面在浇注料在导套处硬化后承担对在缸之类的内部的压力腔密封的任务。用于导套的密封系统也可以与导套同时浇注或事先浇注。
为了能在短时间内制成接缝连接装置，浇注料是压注料是特别有利的。对于此方法和接缝连接装置优选地应用于液压工作装置如立柱、液压缸和千斤顶中时，相宜的地选择一种在硬化或凝固状态下应能承受至少20N/mm2的剪力负荷的塑料浇注料，优选地至少承受45N/mm2的剪力负荷。这种浇注料可以是一种热塑性塑料，尤其是聚酰胺(PA)、聚苯醚(PPE)或聚对苯二甲酸酯(PTP)，尤其是聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)，或聚偏二氟乙烯(PVDF)。特别有利的是浇注料是一种纤维增强的浇注料，尤其是有例如约30％玻璃纤维成分的玻璃纤维增强的浇注料。
若功能件构成工作缸的缸体，以及构件之一由缸管段构成和另一构件由一缸盖构成，则可以有利地采用本发明方法和接缝连接装置。在这里所述缸盖上一体式地设有一连接孔，而缸管可特别有利地用冷拔管制造。通过使用冷拔管作原材料，与热拔管相比缸管的材料成本可节省达50％。此外，在功能件构成多级液压支柱的一个缸级时或在第一构件由工作缸的缸管构成和第二构件由一个被活塞杆在中央穿过的用于缸压力腔的封闭环构成时，可以有利地使用本方法和接缝连接装置。对于此封闭环特别有利的是，在制成接缝连接装置的同时也铸成或浇注出所述导套。此方法和接缝连接装置的另一个使用领域是构成一液压工作缸的活塞，此时第一构件可由一活塞杆构成以及第二构件由一横截面为圆形的活塞环构成。
此外，按照本发明的接缝连接装置提供的另一个优点是，所述接缝连接装置、功能件或所使用的密封装置等能方便而快速地维护、修理和更新，为此，所述互相连接的构件的壁段和接缝连接装置例如通过感应加热等恰当方式被加热到高达大约300℃的所使用的塑料塑化温度的温度范围，以便在塑料物质塑化或软化时分离所述接缝连接装置和功能件。接着除去例如切除或烧尽留在槽中、分配通道中和浇注通道中的塑料，以及在这些构件的壁段重新互相插套后，用压注法制成一个新的按照本发明的接缝连接装置。
由从属权利要求和下面对图中表示的井下采矿用的液压缸和立柱中的接缝连接装置不同用途的说明中，给出按照本发明的方法和按照本发明的接缝连接装置的其他优点和扩展设计。附图中：
图1表示一个具有在工作缸的外壳处、在工作缸内腔的封闭环处以及在活塞与活塞杆之间的总共三个本发明接缝连接装置的液压缸的纵向剖视图；
图2示意性地表示出图1中的局部II的局部视图；
图3示意性地表示出图1中的局部III的局部视图；
图4用剖面图示意性地表示出图2中包括活塞环与活塞杆之间的空腔的局部IV的局部视图；
图5示意性地表示出沿图4中的线V-V的视图；以及
图6示意性地表示出通过一可伸缩的立柱的剖面图，该立柱的构件通过本发明的接缝连接装置互相连接在一起。
图1中共同用附图标记1表示的液压缸可例如作为千斤顶使用于迈步式支架中，以便朝回采工作面方向推进输送机或回采机组，以及接着通过可沿两个方向活动的液压缸的内缩，回收一个连接的棚式组合支架。液压缸1包括一根外缸管2，它在图1的左端借助第一个按照本发明的总体用附图标记10表示的由凝固塑料构成的接缝连接装置与一缸盖3固定地已以及同时密封地连接。在缸盖3上整体式地设计有一个连接孔4，以用于将液压缸1铰接在一个如底座的支座上。一活塞6在该液压缸1的内腔5内可移动地导引，该活塞6由一活塞杆7和一环形活塞体8组成，它们通过第二个按照本发明的由凝固塑料构成的接缝连接装置30互相固定且密封地连接。在液压缸1的图1中的右前端处，活塞杆7在一封闭环11的内部导引，该封闭环在此液压缸端部封闭压力腔5并与外缸管2的内壁借助第三个按照本发明的由凝固塑料构成的接缝连接装置50固定且密封地连接。活塞6的活塞体8可在两侧被施加工作压力，在这里为了移出活塞杆7使一种液压流体通过孔12流入到左工作容积内，以及为了使液压缸回缩，如图所表示的那样，在活塞体8后侧的工作容积5内通过孔13加入液压流体。在各自工作容积内液压流体的工作压力在这里可达数百bar，这对于相应地使用于采矿业中的液压缸是公知和需要的。
涉及液压缸1的本发明尤其在于接缝连接装置10、30和50，它们在图1中描述为处于已硬化或凝固状态的黑体物质，而在按照图2至5的局部视图中没有示出。在这些图中只能看到空腔，使由适用的塑料制成的塑化可流动的浇注料流入到该空腔内。下面参见图2至5对此作进一步的说明。
图2详细表示在外缸管2与缸盖3之间的接缝连接装置10以及在活塞杆7的杆端部与活塞体8之间的接缝连接装置30。由冷拔金属管制的外缸管2在端侧具有一个带有环形凸肩14的凸缘，它的外壁段14′设有在这里总共六个轴向并列的设计为槽的同心沟纹16。凸肩14的外壁段14′在图示的连接位置被一整体组合在缸盖3上的凸肩15搭接，在其内壁15′上同样设计有一排在这里是六个沟纹17。具有壁段14′、15′的凸肩14、15可具有小的间隙地互相插套(间隙配合或过渡配合)，以及沟纹16、17由互相成直角的底段组成，这些底段在凸肩互相插套时形成矩形横截面的空腔，在空腔内可在高压下通过在缸盖3的凸肩15内的注入口18注入一种处于塑化后可流动状态的适用的塑料，如具有30％玻璃纤维增强的聚酰胺(图中未表示)，以用于形成接缝连接装置10。液化的塑料在具有矩形横截面的各空腔或沟纹上的分配，通过简略直接表示在注入口18下方且通过浇注通道26与注入口连接的分配通道19来进行，该分配通道沿轴向沿壁段14′、15′的制有沟纹16、17的区域的整个宽度延伸。凸肩14、15的端部20、21分别顶靠在缸管2或缸盖3的凸缘上，以便沿轴向在两侧封闭空腔，以及通过高压将例如300bar及300℃的已注入的浇注料保持在空腔内。在塑料凝固或硬化后，缸盖3与缸管2基于充填在槽16、17内的已硬化的塑料环(见图1)通过形封闭互相连接，以及这些环同时导致密封两个构件2、3之间分界缝。塑料材料最好选择为，在凝固状态能承受约50N/mm2的拉负荷。恰当的材料例如是DSM公司的聚酰胺STANYL或聚对苯二甲酸丁二酯ARNITE，它们分别用30％玻璃纤维增强。采用数量为六个或更多的环以及将它们按这样一种方式布置，即，由各个环沿其最宽的对角线承受构件2、3之间的压力负荷，则接缝连接装置10可承受超过300bar的工作容积内的液压，与此同时不会使构件2、3彼此分离或在它们之间产生不密封性。
图2、4和5作为另一实施例表示出用于将活塞体8刚性且密封地固定在活塞杆7端部上的接缝连接装置30。为了朝活塞体8两侧形成压力腔，该环形活塞体8以其外壁9密封地沿缸管2的内壁(图2)滑动，如由图4可清楚看出的那样，在活塞体8的环形内壁35上设有在这里为六个沟纹状的槽37，它们每一个有互相成直角的底段38、39。在图示的装配状态，此时活塞杆7和活塞体8互相连接，设计在活塞杆7的外壁34内以及同样包括互相成直角的底段40、41的槽36与活塞体8内的沟纹状槽37相对置。活塞杆7的外壁段34的外径由于间隙配合或过渡配合而小于活塞体8的内壁段35的内径，所以活塞体8与活塞杆7可以互相插套。在相邻沟纹36的底段40、41之间设计有圆柱形过渡段42，以及在相邻沟纹37的底段38、39之间设计有圆柱形过渡段43，这些过渡段的轴向长度为几毫米，在装配状态它们直接重叠并将分别由槽36、37构成的空腔彼此完全或基本上完全隔开。槽37、36中总是较长的那个底段38或41相对于壁段35或34的斜角α约为30°，以及，较短的底段39或40相对于壁段34、35垂线的倾斜角β相当于60°。圆柱形过渡段42、43的轴向长度比槽36、37的轴向长度短得多并例如可为约4mm。为了注入塑料，在活塞杆7端侧设一个注入口48(图2)，该注入口通过两个由孔组成的浇注通道46和47通入到一分配通道49中，该分配通道沿活塞杆7的轴向沿全部槽36延伸。因此，可流动的塑料如图4和5中箭头V所示通过分配通道49分配给各个空腔并完全充填在两个互相要连接的功能件7、8中的空腔或槽36、37。塑料在槽36、37内凝固成填满这些槽的环，这些环将两个7、8通过形封闭互相连接并与此同时完全密封所述壁段34与35之间的分界缝。
图3表示按照本发明的接缝连接装置50用于连接缸管2和封闭环11的一个第三种应用举例，封闭环同时在其内侧通过导套(70，图1)构成活塞杆7的一导引装置。接缝连接装置50在这里由在缸管2的圆柱形内壁段55上或在封闭环11圆柱形外壁段54上各总共八个沿轴向前后排列的槽56或57组成，槽56、57的几何结构与在前面的那些实施例中的槽的几何结构一致。在接缝连接装置50中用以形成形封闭的塑料，可通过注入口58和缸管2中的浇注通道66以及在这里设在封闭环11外壁段54内的分配通道59，注入各个槽或沟纹56、57内。分配通道59的定位这样优选地设计，即，使得浇注通道66直接通入到分配通道59中，以便达到将塑料最佳地分配和注入到空腔和全部槽56、57中的目的。在图3所示的实施例中，通过注入的塑料同时构成用于活塞杆7的导套70(图1)。为此，在封闭环11的内壁上车削出一个环形腔71，一个从分配通道59的底部出发以及优选地由一个孔组成的输送通道72通入到该环形腔71内。环形腔71两侧以密封件安装腔73或74为界，密封件至少在浇注环形腔71时防止塑料从环形腔71侧向泄出。相应的密封件可以在环形腔71内的塑料硬化为用于活塞杆7的导套70(图1)后除去，在活塞杆7与封闭环11之间的密封因而仅仅通过活塞杆7与导套70之间的间隙密封来实现，或在一个或两个过渡腔73、74内设恰当的密封装置或刮具(Abstreifer)，它们在液压缸1的持续工作期间保证密封。浇注包括同时构成导套70的接缝连接装置50优选地在已装入活塞杆7的情况下进行。活塞杆可在部分外圆周上施加防粘附剂之类的物质，以避免注入的塑料粘附在活塞杆7上。
为了制成各自的接缝连接装置10、30、50及导套70，采用一种恰当的在塑化状态可浇注或可流动的塑料，尤其是一种适用的压注料，如玻璃纤维增强的聚酰胺或一种玻璃纤维增强的聚对苯二甲酸丁二酯，它们在硬化后具有所要求的机械稳定性。这种塑料在温度约达300°时塑化，然后在可流动的状态经各自的注入口18、48或58注入到按照本发明所设的空腔内，这些空腔包括在两个互相要连接的构件内相对于分界缝的侧凹槽(Hinterschneidung)。各自空腔的充填容积是已知的，压注料按剂量地在200bar以上的高压下注入。由于比较长而窄的流动行程，注入过程可能需要一定的时间，所以互相要连接的金属制的构件，例如活塞杆7和活塞体8或缸盖3和缸管2，在注入塑料前预热到温度约100°或更高，是有利的。一旦注入的塑料物质硬化，这些构件便可投入使用。总体上讲装配时间缩短以及装配可以全自动化地实施。
图6以另一个实施例说明如何能通过按照本发明的接缝连接装置连接一可伸缩式液压立柱100的功能件，液压该立柱100可例如在井下开采时用作顶板支护的矿用支柱或立柱。在图示的实施例中，立柱100的各构件通过总共五个按照本发明的接缝连接装置110、120、130、140和150互相连接，其中，所有的接缝连接装置如上面早已说明的那样由注入的塑料组成，塑料注入要连接的构件之间的空腔内，完全充满空腔并硬化，使这些构件通过形封闭互相连接并与此同时密封分界缝。接缝连接装置110将缸盖103与第一缸级的外缸102连接起来。接缝连接装置120连接缸盖104与第二缸级的缸管105。缸管105可移动地在一封闭环111内导引，该封闭环111借助由浇注的塑料形成的接缝连接装置130固定在外缸102的内圆周上。缸盖104同时构成第二级的活塞头。活塞杆107可轴向运动地装在缸管105内，在活塞杆107上在图6中的左端，通过另一个按照本发明的接缝连接装置140固定一个在这里壁较薄的活塞环108。活塞杆107同时在第二个封闭环112内导引，该封闭环112借助第五个接缝连接装置150固定在缸管105的内壁上。所有的构件均可在最短时间内互相连接，以及，用于接缝连接装置110、120、130、140和150的空腔的几何结构与前面那些实施例一致。
专家们由上面的说明中可看到一系列的变化方案，这些变化方案应处于所附权利要求的保护范围内。在互相要连接的构件搭接的壁段内槽或沟纹的数量，与所使用塑料的材料特性有关。在硬化状态塑料的抗拉强度越大，则沟纹的数量越少。但最低数量例如六个沟纹，不仅在这些构件之间要达到的接缝连接装置的强度方面还是密封效果方面都是有利的。沟纹或槽的几何形状以及在硬化过程结束时形成的塑料体的几何形状均可以改变，以及对于专家们而言，显然加工，尤其是塑化温度、注入温度、所述构件的预热温度和所使用材料的注入压力以及各空腔的几何结构和容积可以相应调整。两个要连接的构件可以附加地有互相协调的螺纹段，在塑料注入空腔前它们借助螺纹段在第一个装配步骤中互相旋入。为了拆卸所述构件，接缝连接装置只需要通过足够地加热所述搭接的壁段来塑化即可。在从槽内去除所有的塑料后，可以重新连接所述构件。
本发明是参考液压缸的圆柱形构件来进行说明。但本发明也可以使用于气动缸或其他要互相连接的构件中，尤其当这些构件在连接的同时应达到分界缝密封的情况下。