[发明专利]带有复合材料活塞杆的压力缸及制备复合材料活塞杆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括缸空间的压力缸，缸空间由缸壳体限界，在缸壳 体中有可沿轴向移动的配合活塞，其中至少基本由纤维复合材料制造 的活塞杆从活塞延伸出，活塞杆主要包括在外围的外套下的一层芯子 材料层。

背景技术

压力缸存在有很多形状及尺寸并且通常适于一个具体的应用。这 里通常使用金属、特别是不锈钢作为缸壳体、活塞杆和活塞的材料， 因为这些材料坚固性、耐久性和比较简单的加工性，另外原材料价格 比较合适。但是，作为压力缸基本材料的金属也有缺点，特别是其比 重比较高。因此量终的压力缸有相当大的总重量，这特别对于要有低 重量的应用是一个缺点。这特别对船舶和飞机及例如援救工具的手提 工具是一个问题，在这地应用中从结构和人机工程学观点言，要寻求 尽可能最低的重量。

为了轻重量的应用，增加的寻求对象是复合材料。在给定的机械 强度和加载性下，复合材料明显比例如不锈钢轻。另外，复合材料总 体上有很高的抗腐蚀性，这使这些材料突出地适合用于腐蚀性的环境， 例如用在船(航海船)上。

从欧洲专利申请EP 239406中已知其中使用复合材料的、在本说 明书前序部分所说的类型的压力缸的一个实例。其中所述的压力缸包 括一个缸壳体在缸壳体中，一个带活塞杆的活塞可活动，缸壳体和带 活塞的活塞杆由复合材料制造。这里，该活塞杆包括缠绕的复合材料 纤维的外套，在外套下是交替的直的和缠绕的纤维的芯子材料的层压 层。

虽然用该已知的压力缸可达到明显的重量减轻，但仍然是不理想。 在芯子材料层中交替的直纤维和围绕着其缠绕的纤维的结构导致纤维 的紧实度比较小。特别在压缩强度的情形下，在实践中已发现需要比 较大量的材料用于活塞杆才可保证确定的加载性，这导致大的总重量 及体积，另外当然是高的成本价格。

发明内容

除了其它的以外，本发明的一个目的提供一种前面前序部分所述 类型的压力缸，这种压力缸只需较少的复合材料用于活塞杆，而强度 保持不变。

为实现上述的预期目的，一种前序部分所述类型的压力缸具有根 据本发明的特征，至少基本上，在所述的芯子材料中的复合材料纤维 是至少几乎被完全拉直的并且定向成至少几乎与活塞杆的纵轴线平 行，并且至少基本上，在所述的外套中的复合材料纤维绕所述的活塞 杆的纵轴线以一个角度缠绕。通过在芯子材料层中基本上仅应用被拉 直的纤维，得到非常紧凑的纤维叠层，这使其本身显示特别高的压缩 强度。因此对预定加载性，与已知的压力缸中的层压结构比，只要明 显更薄的芯子材料层就足够了。这里，比较薄的缠绕的纤维的外套已 经为本发明的压力缸的活塞杆提供足够的稳定性和强度以允许吸收径 向应力。因此提供了带有可经受比较高的压力负载的、重量比较轻的 活塞杆的压力缸。

按照本发明的压力缸的一个优选实施例的特征在于：所述的复合 材料纤维包括高的强度重量比的纤维，特别是碳纤维。如碳纤维之类 的高的强度重量比的纤维特别适合用于按照本发明的活塞杆，因为除 了比较轻的重量，这种纤维还给活塞杆以比较大的强度。因此可吸收 比较高的压力负载并具有附加可靠性。

按照本发明的压力缸的另一个优选实施例的特征在于：所述的外 套包括带有几乎平的、光滑的表面的顶层。这种表面保护复合材料纤 维并几乎使活塞杆接触的部件(例如液体密封装置)没有摩擦损坏。 因此，外套提供了可增加压力缸的耐久性的活塞杆的顶层。这里考虑， 按照本发明的压力缸的一个特别的实施例具有如下特点：所述的顶层 包括缠绕的纤维并已进行材料去除(material removal)处理。活塞杆 是过尺寸的，随后被减小到要求的直径，其中由缠绕纤维导致的不平 度消失。

按照本发明的压力缸的另一优选实施例的特征在于：所述的活塞 杆至少基本构造成包围着一个中心管。这种管子提供了芯子材料层可 以以比较简单的方式布置在其上的基底。因此按照本发明的活塞杆可 以比较快及容易地制造。

按照本发明的压力缸的另一优选实施例的特征在于：沿着其长度 的至少一部分，所述的管至少包括一个腔，所述的腔至少在所述的活 塞杆的近端开口。在管中的腔导致减少重量，因此提供了额外轻的活 塞杆，而且提供了在近端的固定方案。