PL199454B1 - Złącze spoinowe dla elementów funkcyjnych hydraulicznych albo pneumatycznych urządzeń roboczych - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy z lacza spoinowego dla elementów funkcyjnych hydraulicznych albo pneumatycznych urz adze n roboczych, znajduj acego zastosowanie zw laszcza w kon- strukcji stojaków lub si lowników dla górnictwa podziemne- go. W si lownikach hydraulicznych (1) elementy funkcyjne (2,3; 7,8; 2,11) zestawiane s a na zak ladk e odcinkami sciankowymi (14', 15'; 34, 35; 54, 55), które posiadaj a zaglebienia (16, 17; 36, 37; 56, 57) tworz ace w stanie polaczenia puste komory wype lniane nast epnie t ezej ac a mas a zalewow a. Dzi eki temu laczone elementy funkcyjne (2, 3; 7, 8; 2, 11) polaczone zostaj a ze sob a kszta ltowo i mog a przenosi c obci azenia scinaj ace wi eksze ni z 20 MPa. W ka zdej parze elementów funkcyjnych (2, 3; 7, 8; 2, 11) jeden z nich posiada otwór zalewowy albo wtryskowy (18, 48, 58) dla wprowadzania masy zalewowej, po laczony kana- lem zalewowym (26, 46, 47, 66) z zalewanym mas a zalewo- w a przynale znym zag lebieniem (16, 17; 36, 37; 56, 57). Zastygaj aca masa zalewowa tworzy przy tym kszta ltowy element rygluj acy, eliminuj acy mo zliwosc wzajemnego przesuwania si e elementów funkcyjnych (2, 3; 7, 8; 2, 11) wzgl edem siebie, a tak ze stanowi uszczelnienie fug roz- dzielaj acych pomi edzy odcinkami sciankowymi (14', 15'; 34, 35; 54, 55). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest złącze spoinowe dla elementów funkcyjnych hydraulicznych albo pneumatycznych urządzeń roboczych, znajdujące zastosowanie w szczególności w górnictwie podziemnym w stojakach górniczych, bądź przesuwnikach górniczych.

Zwłaszcza w górnictwie podziemnym istnieje duże zapotrzebowanie na hydraulicznie uruchamiane stojaki górnicze albo stojaki sekcji obudowy dla utrzymania dostępu do wyrobiska jak ściana czy chodnik górniczy. Ponadto hydrauliczne siłowniki robocze znajdują zastosowanie przy przekładce maszyn urabiających itp. Stojaki sekcji i górnicze mogą być wykonane jako pojedyncze siłowniki robocze albo wielostopniowe siłowniki teleskopowe, podczas gdy hydrauliczne siłowniki zwrotne najczęściej wykonane są jako hydrauliczne siłowniki robocze dwustronnego działania uruchamiane zgodnie z wymaganym kierunkiem ruchu. Każdy siłownik roboczy posiada przy tym przynajmniej jedn ą pustą komorę we wnętrzu cylindra oraz tłok z tłoczyskiem w postaci osiowo poruszającego się elementu, składającego się przynajmniej z dwóch części, które muszą być ze sobą szczelnie połączone spoinowo i złącze to musi wytrzymywać oddziaływanie ciśnienia wielu dziesiątek MPa.

Górnicze stojaki teleskopowe znane są na przykład z niemieckich opisów DE-AS 1 2 07 317, DE 100 45 680 A1 czy DE 43 23 462. Każdy stopień stojaka obejmuje rurę cylindra jako pierwszy element funkcyjny oraz pokrywę głowicy cylindra jako drugi element funkcyjny, które to elementy połączone są ze sobą na zastrzał, spawem, albo złączem śrubowym. Zespawanie elementów ma tę zaletę, że nie ma możliwości wystąpienia nieszczelności w miejscu złącza. Wadą tej metody jest możliwość naruszenia struktury rury, z której wykonany jest cylinder, oraz struktury pokrywy głowicy cylindra, przy czym możliwe jest uszkodzenie pobocznicy albo podstawy. Z tego względu w opisie DE 43 23 462 C2 dla umożliwienia wykorzystywania na cylindry rur ciągnionych na zimno zaproponowano mocowanie odcinków ściankowych cylindrów z przynależnymi podstawami albo pokrywami głowic cylindrów z wykorzystaniem drutów rozpórkowych, wciskanych we wpusty łączące. Inne złącza spoinowe pomiędzy elementami funkcyjnymi hydraulicznych albo pneumatycznych urządzeń roboczych składają się z korespondujących ze sobą gwintów, zawleczek, tulei rozprężnych itp. Uszczelnienie szczeliny fugowej lub szczeliny rozdzielającej pomiędzy dwoma połączonymi elementami odbywa się poprzez uszczelnienia statyczne.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie konstrukcji takiego złącza spoinowego dla elementów funkcjonalnych hydraulicznych albo pneumatycznych urządzeń roboczych, w których czas montażu poszczególnych elementów ze sobą będzie krótki, a struktura materiałów, z których te elementy są wykonane nie będzie uszkadzana podczas montażu, przy równoczesnym zapewnieniu dobrego uszczelnienia szczeliny fugowej pomiędzy elementami funkcyjnymi.

Istota złącza według wynalazku polega na tym, że obydwa odcinki ściankowe elementów funkcyjnych, zestawione na zakładkę, posiadają zagłębienia, które w stanie połączenia tworzą pustą komorę wypełnianą następnie płynną masą zalewową z tworzywa sztucznego, po uprzednim jej uplastycznieniu, która po stężeniu tworzy element ryglujący, zapobiegający wzajemnym przesunięciom obu elementów funkcyjnych względem siebie. Jednocześnie stężała masa zalewowa wytrzymuje obciążenie siłami tnącymi o wartości nie niższej niż 20 MPa, a łączone elementy funkcyjne połączone zostają kształtowo, przy czym jeden z tych łączonych elementów funkcyjnych posiada otwór zalewowy albo wtryskowy dla wprowadzenia masy zalewowej, który przez kanał zalewowy uchodzi do przynależnego zagłębienia.

W preferowanym wykonaniu każ dy z elementów funkcyjnych posiada otwór wlewowy lub wtryskowy dla masy zalewowej, w najprostszym wykonaniu mający postać otworu uchodzącego do przynależnego zagłębienia, przy czym najlepiej obydwa współpracujące odcinki ściankowe mają wiele zagłębień. Przez to w strefie zakładkowej obu elementów funkcyjnych powstaje wiele, w odstępach od siebie rozmieszczonych pustych komór, a w każdej z nich zastyga element ryglujący, przez co złącze spoinowe może przejąć większą siłę. Jest to szczególnie ważne przy hydraulicznych siłownikach roboczych, które są preferowanym obszarem zastosowania dla prezentowanego wynalazku, wytrzymujących ciśnienia robocze o wartości wielu dziesiątek MPa.

Celowym jest aby zagłębienia składały się z obwodowych rowków, bruzd, wpustów lub zbliżonych do nich. Te z kolei mogą przebiegać zwłaszcza poprzecznie do fugi rozdzielającej pomiędzy elementami funkcyjnymi.

Szczególnie korzystnym jest, gdy rowki, bruzdy, wpusty lub tp. posiadają wznoszące się ku odcinkowi ściankowemu odcinki przydenne.

PL 199 454 B1

W takim przypadku odcinki przydenne ustawione są do siebie pod kątem prostym i/lub kąt nachylenia dłuższego odcinka przydennego do odcinka ściankowego wynosi 5π/36 rad do7n/36 rad, zwłaszcza około π/6 rad. Przy kącie nachylenia dłuższego odcinka przydennego zagłębienia wynoszącym ok. π/6 rad zaskakująco korzystnie kształtuje siła trzymania złącza spoinowego według wynalazku z wlewanego tworzywa sztucznego. Z drugiej strony siła trzymania złącza spoinowego wzrasta linearnie wraz z liczbą rowków, bruzd, czy wpustów i z czynnym przekrojem poprzecznym w kierunku zgodnym z przebiegiem głównych obciążeń, równolegle do fugi rozdzielającej.

Szczególnie korzystnym jest, gdy rowki, bruzdy, wpusty lub tp. w odcinkach ściankowych obu elementów są tak rozmieszczone, że masa zalewowa zastyga w pierścienie o porównywalnie małych przekrojach, korzystnie przekrojach prostokątnych. Pierścienie te mogą być wykonywane w zagłębieniach względnie w pustych komorach w taki sposób, że główna przekątna przekrojów zastygłych pierścieni jest zbieżna z kierunkiem głównego oddziaływania siły rozdzielającej pomiędzy elementami funkcyjnymi.

Szczególnie pożądanym jest przy tym, gdy sąsiednie zagłębienia oddzielone są od siebie progiem, przy czym w stanie złączenia progi odcinków ściankowych pierwszego i drugiego elementu funkcyjnego zlokalizowane są bezpośrednio nad sobą. Poprawia to zwłaszcza funkcje uszczelnienia zwłaszcza spoinowego według wynalazku, ponieważ graniczące ze sobą progi tworzą szczelinę uszczelniającą, po obu stronach której znajduje się zastygły korpus z tworzywa sztucznego, przejmujący funkcję uszczelnienia.

Złącze według wynalazku może być tak wykonane, że przy określonych elementach funkcyjnych równocześnie z tworzeniem złącza spoinowego z masy zalewowej powstaje mankiet prowadzący lub element zbliżony dla korpusu poruszającego się w osi wewnątrz elementu funkcyjnego, albo dla tego elementu w ten sposób, że zagłębienie odcinka ściankowego tego elementu funkcyjnego poprzez kanał doprowadzający uchodzi do komory pierścieniowej, w której z masy zalewowej odlewany jest mankiet prowadzący, lub podobny, dla korpusu poruszającego się osiowo we wnętrzu elementu funkcyjnego, bądź dla tego elementu, i/lub przez ten kanał doprowadzający odlewany jest system uszczelnień dla tego mankietu prowadzącego. Zrozumiałym jest przy tym, że przykładowo po obu stronach komory pierścieniowej muszą być zainstalowane stosowne uszczelki, jak pierścień samouszczelniający dwuwargowy czy oddzielacz, które z jednej strony zapobiegają wypływowi masy zalewowej z komory pierścieniowej, a z drugiej strony po stwardnieniu masy zalewowej na mankiecie prowadzącym pełnią funkcję uszczelnienia komory ciśnieniowej we wnętrzu, na przykład cylindra. System uszczelnienia mankietu prowadzącego może być odlewany równocześnie z tym mankietem prowadzącym, albo wcześniej.

Dla wykonania złącza spoinowego w krótkim okresie czasu szczególnie korzystnym jest, gdy masa zalewowa jest masą wtryskową, która jest wtryskiwana do pustej komory zwłaszcza pod wysokim ciśnieniem. Ciśnienie wtrysku może wynosić przykładowo 20 MPa, co umożliwia pełne wypełnienie całej komory w krótkim czasie mimo relatywnie długiej drogi przepływu. Dla preferowanego zastosowania złącza spoinowego w hydraulicznych urządzeniach roboczych jak stojaki sekcji obudowy górniczej stojaki hydrauliczne i cylindry dwustronnego działania dobierana jest masa zalewowa z tworzywa sztucznego, która w stanie stężenia lub stwardnienia wytrzymuje działanie sił ścinających o wartości przynajmniej 20 MPa, korzystnie przynajmniej 45 MPa. Masa zalewowa może być tworzywem termoplastycznym, zwłaszcza poliamidem (PA) albo eterem polifenylu (PPE), politereftalanem (PTP) zwłaszcza politereftalanem butylu (PBT), albo polifluorkiem winylidu (PVDF).

Szczególnie korzystnym jest, gdy masa zalewowa wzmocniona jest włóknem, zwłaszcza włóknem szklanym, przykładowo z 30% zawartością, włókna szklanego. Korzystnie przed napełnianiem masą zalewową lub przed jej wtryskiwaniem podgrzewa się przynajmniej te odcinki ściankowe, które tworzą strefę zakładkową, na przykład w drodze podgrzewania indukcyjnego.

W szczególnie pożądanym wykonaniu elementy funkcyjne urządzenia roboczego dają się rozdzielić poprzez indywidualne podgrzanie odcinków ściankowych i uplastycznienie materiału masy zalewowej z tworzywa sztucznego.

Zasadniczą zaletą złącza według wynalazku jest to, że stwardniała w komorze masa zalewowa pełni funkcję uszczelnienia szczeliny fugowej pomiędzy odcinkami ściankowymi obu elementów funkcyjnych tak, że przy łączeniu elementów funkcyjnych odpada konieczność stosowania dotychczasowych środków uszczelniających jak loctite, które stwarzają duże obciążenie dla środowiska. Wykonanie złącza spoinowego odbywa się bardzo szybko i zależy od czasu trwania wtryskiwania materiału ze sztucznego tworzywa i okresu jego zastygania. Ogólnie czas montażu przy zastosowaniu złącza

PL 199 454 B1 spoinowego do łączenia elementów ulega znacznemu skróceniu i złącza spoinowe znajdują korzystne zastosowanie tam, gdzie elementy funkcyjne siłowników tworzą cylinder roboczy i jeden z elementów jest odcinkiem rury cylindra, a drugi z elementów jest pokrywą cylindra. Pokrywa cylindra może być przy tym wykonana jako jedna część wraz z uchem przyłączeniowym, podczas gdy rura cylindra wykonana jest z rury ciągnionej na zimno, co jest szczególnie korzystne. Dzięki zastosowaniu rur ciągnionych na zimno w charakterze materiału wyjściowego możliwe są oszczędności kosztów materiałowych w zakresie wytwarzania cylindrów do 50% w porównaniu ze stosowaniem rur ciągnionych na gorąco. Ponadto sposób oraz złącze spoinowe znajdują korzystne zastosowanie wówczas, gdy elementy funkcyjne stanowią stopień wielostopniowego stojaka hydraulicznego, albo gdy pierwszy element składa się z cylindra roboczego, a drugi element z pierścienia zamykającego cylindrowej komory ciśnieniowej, przez który centralnie przechodzi tłoczysko. Dla tego pierścienia zamykającego szczególnie korzystnym jest, gdy równocześnie ze złączem spoinowym odlewany jest na przykład mankiet prowadzący. Kolejny obszar zastosowania takiego złącza spoinowego stanowi tłok hydraulicznego cylindra roboczego, przy czym wtedy pierwszy element może składać się z tłoczyska, a drugi element z pierś cienia tł okowego o okrą g ł ym przekroju poprzecznym.

Złącze spoinowe według wynalazku posiada ponadto tę zaletę, że jest łatwe i szybkie w zakresie konserwacji, wykonania i odnawiania złącza, elementów funkcyjnych i stosowanych uszczelnień dzięki temu, że odcinki ściankowe łączonych ze sobą elementów podgrzewane są indukcyjnie do takiej temperatury, która powoduje uplastycznienie tworzywa sztucznego, a więc do około 573 K. W wyniku zmię knię cia masy ze sztucznego tworzywa elementy funkcyjne mogą być rozłączone. Następnie można usunąć materiał zalegający w zagłębieniach, kanale rozdzielającym i kanale zalewowym, przykładowo przez wybicie lub wypalenie, po czym może nastąpić ponowne zestawienie odcinków ściankowych elementów oraz wykonanie nowego złącza spoinowego w drodze wtryskiwania.

Wynalazek został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny przez siłownik hydrauliczny łącznie z trzema złączami spoinowymi na korpusie cylindra, na pierścieniu zamykającym komory cylindra oraz pomiędzy tłokiem a tłoczyskiem; fig. 2 schematyczny rysunek szczegółowy elementu II z fig. 1; fig. 3 - schematyczny rysunek szczegółowy elementu III z fig. 1, fig. 4 - schematyczny obraz rysunku szczegółowego elementu IV z fig. 2 z pustą komorą pomiędzy pierścieniem tłokowym a tłoczyskiem; fig. 5 - schematyczny widok wzdłuż linii V-V z fig. 4, a fig. 6 - schemat przekroju przez stojak teleskopowy ze złączami spoinowymi według wynalazku.

Siłownik hydrauliczny 1 (fig. 1) może być np. stosowany jako siłownik dwustronnego działania w kroczącej obudowie górniczej do przesuwania przenośnika wzgl. urządzenia urabiającego, a następnie przez wciągnięcie siłownika hydraulicznego aktywnego w dwóch kierunkach, do przyciągnięcia sekcji obudowy. Siłownik hydrauliczny 1 posiada zewnętrzną rurę cylindrową 2, która na przedstawionym na fig. 1 jako lewy końcu połączona jest mocno i szczelnie złączem spoinowym 10 z zastygłej płynnej masy ze sztucznego tworzywa z pokrywą cylindrową 3. Na pokrywie cylindrowej 3 znajduje się zintegrowane z nią ucho przyłączeniowe 4 dla przegubowego zamocowania siłownika 1 w łożysku oporowym. W komorze wewnętrznej 5 siłownika hydraulicznego 1 znajduje się ruchomy tłok 6 składający się z tłoczyska 7 i pierścieniokształtnego korpusu tłokowego 8, które połączone są ze sobą mocno i z uszczelnieniem za pomocą drugiego złącza spoinowego 30 z zastygłej płynnej masy według wynalazku. Na przedstawionym na fig. 1 prawym przednim końcu siłownika hydraulicznego 1 tłoczysko 7 prowadzone jest wewnątrz pierścienia zamykającego 11, który zamyka komorę ciśnieniową 5 na tym końcu cylindra i za pomocą trzeciego złącza spoinowego według wynalazku 50 połączony jest mocno i szczelnie z wewnętrzną ścianą zewnętrznej rury cylindrowej 2. Korpus tłokowy 8 tłoka 6 może być obustronnie zasilany ciśnieniem roboczym, przy czym dla wysunięcia tłoczyska 7 medium hydrauliczne wpływa przez otwór 12 do lewej komory skokowej, a dla wsunięcia cylindra komora skokowa 5 na tylnej stronie korpusu tłokowego 8 zasilana jest w medium hydrauliczne poprzez otwór 13. Ciśnienie robocze medium hydraulicznego w każdej komorze skokowej może przy tym osiągać kilkadziesiąt MPa, co jest rzeczą znaną w odniesieniu do stosowanych w górnictwie siłowników hydraulicznych.

Wynalazek znajduje zastosowanie w cylindrach hydraulicznych zwłaszcza w złączach spoinowych 10, 30, 50 przedstawionych na fig. 1 jako czarne skupiska masy w stanie stężenia, podczas gdy na rysunkach szczegółowych na fig. 2 do fig. 5 nie zostały narysowane. Na tych figurach widać tylko puste komory, do których wpływa uplastyczniona, płynna masa zalewowa ze stosownego tworzywa sztucznego. Będzie to szerzej omówione przy odniesieniu do fig. 2 do fig. 5.

Figura 2 przedstawia obraz szczegółowy złącza spoinowego 10 pomiędzy zewnętrzną rurą cylindrową 2 a pokrywą cylindrową 3, oraz złącza spoinowego 30 pomiędzy końcówką tłoczyska 7

PL 199 454 B1 a korpusem tłokowym 8. Metalowa, zewnętrzna rura cylindrowa 2, ciągniona na zimno, na swym czołowym końcu posiada pierścień oporowy z pierścieniokształtną przedłużką 14, której zewnętrzny odcinek ściankowy 14' wyposażony jest w sześć, w tym przypadku, rozmieszczonych obok siebie w osi koncentrycznych rowków 16 o charakterze zagłębień. Zewnętrzny odcinek ściankowy 14' przedłużki 14 w prezentowanym stanie złożenia zestawiony jest na zakładkę ze zintegrowaną przedłużką 15 pokrywy cylindrowej 3, na wewnętrznym odcinku ściankowym 15' której również wykonany jest szereg, tu sześć rowków 17. Przedłużki 14, 15 z odcinkami ściankowymi 14', 15' wsuwane są jedna w drugą z zachowaniem niewielkiego luzu, a rowki 16, 17 składają się z ustawionych względem siebie pod kątem prostym odcinków przydennych, które w stanie wsunięcia jednej przedłużki w drugą tworzą puste komory o przekroju prostokątnym, do których pod wysokim ciśnieniem przez otwór wtryskowy 18 zlokalizowany w przedłużce 15 pokrywy cylindrowej 3 wtryskuje się stosowny materiał ze sztucznego tworzywa, jak np. poliamid (nie narysowany) wzmocniony 30% dodatkiem włókna szklanego w stanie uplastycznionym płynnym dla wykonania złącza spoinowego 10. Rozdział upłynnionego sztucznego tworzywa do poszczególnych pustych komór względnie rowków o prostokątnym przekroju odbywa się poprzez schematycznie zaznaczony bezpośrednio pod otworem wtryskowym 18 i połączony z nim kanałem zalewowym 26 kanał rozdzielający 19, który rozciąga się wzdłuż osi na całej szerokości strefy odcinków ściankowych 14', 15' z rowkami 16, 17. Końcówki 20, 21 przedłużek 14, 15 każdorazowo przylegają do wieńca cylindrowego 2 wzgl. pokrywy cylindrowej 3, przez co puste komory zyskują obustronne zamknięcie i masa zalewowa, wtryskiwana pod ciśnieniem przykładowo 30 MPa i w temperaturze ok. 573 K, nie wylewa się poza te puste komory. Po stężeniu, względnie stwardnieniu masy zalewowej pokrywa cylindrowa 3 i cylinder 2 zostają zespolone ze sobą kształtowo w wyniku stwardnienia pierścieni (fig. 1), w zagłębieniach 16, 17, a pierścienie te uszczelniają równocześnie fugę rozdzielającą pomiędzy obydwoma elementami 2, 3. Materiał z tworzywa sztucznego jest korzystnie dobrany w taki sposób, że w stanie stężenia wytrzymuje działanie sił pociągowych o wartości ok. 50 MPa. Odpowiednimi materiałami przy tym są przykładowo poliamid STANYL^® albo politereftalanem butylu ARNITE^® firmy DSM, każdorazowo wzmocnione 30% dodatkiem włókna szklanego. Przy istnieniu sześciu lub więcej pierścieni i takiej ich konfiguracji, że siły nacisku między pierwszym a drugim elementem 2, 3 obciążają poszczególne pierścienie wzdłu ż ich najdłuższej przekątnej, złącze spoinowe 10 może być wystawione na działanie ciśnień hydraulicznych w komorze skokowej wartości przekraczającej 30 MPa bez rozerwania elementów 2, 3 czy też wystąpienia nieszczelności między nimi.

Figura 2, fig. 4 i fig. 5 przedstawiają złącze spoinowe 30 jako kolejny przykład zastosowania wynalazku do sztywnego i szczelnego zamocowania korpusu tłokowego 8 na jednym końcu tłoczyska 7. Pierścieniokształtny korpus tłokowy 8, który swą zewnętrzną ścianą może przesuwać się z zachowaniem szczelności wzdłuż wewnętrznej ściany cylindra 2 (fig. 2), co ma na celu utworzenie komór ciśnieniowych po obu stronach korpusu tłokowego 8, posiada na swej pierścieniokształtnej wewnętrznej ściance 35 (fig. 4) w tym przypadku sześć rowkowatych zagłębień 37, z których każde posiada przydenne odcinki 38, 39 ustawione do siebie pod kątem prostym. W prezentowanym stanie zmontowania, w którym tłoczysko 7 i korpus tłokowy 8 są ze sobą połączone, rowkowate zagłębienia 37 w korpusie tłokowym 8 leżą naprzeciw zagłębień 36, zlokalizowanych na zewnętrznej ściance 34 tłoczyska 7 i tak samo posiadających odcinki przydenne 40, 41, ustawione do siebie pod kątem prostym. Zewnętrzna średnica odcinka ściankowego 34 tłoczyska 7 dla zachowania pasowania luźnego lub mieszanego jest mniejsza od wewnętrznej średnicy na wewnętrznym odcinku ściankowym 35 korpusu tłokowego 8, tak że korpus 8 i tłoczysko 7 mogą wzajemnie zachodzić jeden w drugi. Pomiędzy odcinkami przydennymi 40, 41 sąsiednich rowków 36 zlokalizowane są cylindrowe progi 42 i pomiędzy odcinkami przy dennymi 38, 39 sąsiednich rowków 37 - cylindrowe progi 43, rozmieszczone co kilka milimetrów wzdłuż osi, które w stanie zmontowania położone są bezpośrednio nad sobą i całkowicie, albo prawie całkowicie rozdzielają puste komory utworzone przez zagłębienia 36, 37. Kąt nachylenia α każdego dłuższego odcinka przydennego 38 albo 41 zagłębień 37, 36 w stosunku do odcinków ściankowych 35 albo 34 wynosi ok. π/6 rad a kąt nachylenia β krótszych odcinków przydennych 39 albo 40 pionowych w stosunku do odcinków ściankowych 34, 35 wynosi odpowiednio ok. π/3 rad. Osiowa długość cylindrowych progów 42, 43 jest znacznie krótsza, niż osiowa długość zagłębień 36, 37 i może wynosić przykładowo ok. 0,004 m. Dla umożliwienia wtryskiwania tworzywa sztucznego na czołowej stronie tłoczyska 7 zlokalizowany jest otwór wtryskowy 48 (fig. 2), który poprzez dwa otwory pełniące funkcję kanałów zalewowych 46, 47 uchodzi do kanału rozdzielającego 49, który rozciąga się wzdłuż osi tłoczyska 7 przez wszystkie zagłębienia 36. Dzięki temu płynna masa zalewowa poprzez kanał rozdzielający 49 płynie - jak zaznaczono strzałkami V na fig. 4 i fig. 5 - przez poszczególne puste komory

PL 199 454 B1 względnie zagłębienia 36, 37 w obu łączonych ze sobą elementach funkcyjnych 7, 8 i całkowicie je wypełnia. Masa zalewowa tężeje w zagłębieniach 36, 37 tworząc wypełniające je pierścienie, łączące ze sobą kształtowe obydwa elementy funkcyjne 7, 8 i równocześnie całkowicie uszczelniające fugę rozdzielającą pomiędzy odcinkami ściankowymi 35 i 35.

Figura 3 przedstawia trzeci przykład zastosowania złącza spoinowego 50 według wynalazku do łączenia cylindra 2 z pierścieniem zamykającym 11, który równocześnie na swej wewnętrznej stronie za pomocą mankietu prowadzącego 70 (fig. 1) tworzy prowadnicę dla tłoczyska 7. Złącze spoinowe 50 składa się przy tym z łącznie ośmiu zagłębień 56 względnie 57 ustawionych wzdłuż osi jedno za drugim na cylindrycznym wewnętrznym odcinku ściankowym 55 cylindra 2 względnie na cylindrycznym zewnętrznym odcinku ściankowym 54 pierścienia zamykającego, a geometria zagłębień 56, 57 odpowiada geometrii zagłębień w opisanych wyżej przykładach wykonania. Tworzywo sztuczne, z którego powstaje złącze kształtowe w wyniku wykonania złącza spoinowego 50, może docierać do poszczególnych zagłębień lub rowków 56, 57 przez otwór wtryskowy 58 i kanał zalewowy 66 w cylindrze 2 oraz przez kanał rozdzielający 59, który w opisywanym przykładzie zlokalizowany jest w zewnętrznym odcinku ściankowym 54 pierścienia zamykającego 11. Pozycja kanału rozdzielającego 59 jest korzystnie taka, że kanał zalewowy 66 uchodzi bezpośrednio do kanału rozdzielającego 59, co zapewnia optymalny rozdział i dostarczenie materiału ze sztucznego tworzywa do pustej komory i wszystkich zagłębień. W przykładzie wykonania wg fig. 3 z wtryskiwanego materiału tworzy się równocześnie mankiet prowadzący 70 (fig. 1) dla tłoczyska 7. W tym celu na wewnętrznej ścianie pierścienia zamykającego 11 wyfrezowana jest komora pierścieniowa 71, do której uchodzi wychodzący od dna kanału rozdzielającego 59 i korzystnie mający postać otworu kanał doprowadzający 72. Komora pierścieniowa 71 ograniczona jest po obu stronach przez komory osadcze 73 lub 74 dla elementów uszczelniających, które przy zalewaniu komory pierścieniowej 71 zapobiegają bocznym wypływom masy zalewowej z tej komory 71. Po zastygnięciu masy zalewowej w komorze pierścieniowej 71 w mankiet prowadzący 70 (fig. 1) dla tłoczyska 7, odpowiednie uszczelnienia mogą zostać usunięte, tak że uszczelnienie pomiędzy tłoczyskiem 7 a pierścieniem zamykającym 11 następuje wyłącznie poprzez uszczelnienie szczelinowe pomiędzy tłoczyskiem 7 a mankietem prowadzącym 70, albo w jednym lub obydwóch komorach przejściowych 73, 74 będą zlokalizowane stosowne uszczelki lub oddzielacze, które zapewniają szczelność w trybie ciągłym pracy siłownika hydraulicznego 1. Odlewanie złącza spoinowego 50 z równoczesnym wykonaniem mankietu prowadzącego następuje korzystnie przy zamontowanym tłoczysku 7, które na obwodzie zewnętrznym może być częściowo pokryte powłoką antyadhezyjną lub podobną, co ma na celu zapobiegnięcie przywieraniu masy zalewowej do tłoczyska.

Do wykonania każdego ze złączy spoinowych 10, 30, 50 względnie mankietu prowadzącego 70 wykorzystuje się odpowiedni uplastyczniony materiał z tworzywa sztucznego, zwłaszcza odpowiednią masę wtryskową, jak poliamid wzmocniony włóknem szklanym, albo politereftalan butylu wzmocniony włóknem szklanym, który po stwardnieniu wykazuje odpowiednią stabilność mechaniczną. Materiał ten uplastyczniany jest w temperaturze do ok. 573 K, po czym w stanie płynnym, poprzez otwory wtryskowe 18, 48 względnie 58, wtryskiwany jest do pustych komór przewidzianych zgodnie z wynalazkiem, posiadających w obu łączonych ze sobą elementach funkcyjnych podcięcia, relatywnie do fugi rozdzielającej. Znana jest objętość każdej komory pustej a masa wtryskowa dozowana jest pod wysokim ciśnieniem o wartości ok. 20 MPa. W związku z relatywnie długimi i wąskimi drogami przepływu proces wtryskiwania wymaga odpowiednio długiego czasu, tak że korzystnie jeszcze przed rozpoczęciem procesu wtryskiwania dokonuje się podgrzania łączonych ze sobą metalowych elementów przykładowo tłoczyska 7 z korpusem tłokowym 8 czy pokrywa cylindrowa 3 z cylindrem 2 - o około 100 K lub więcej. Zaraz po stężeniu masy zalewowej elementy nadają się do zastosowania. Łączny czas montażu jest krótki, a sam montaż może być w pełni zautomatyzowany.

W kolejnym przykładzie wykonania (fig. 6) według wynalazku złącze spoinowe zastosowane jest do łączenia elementów funkcyjnych teleskopowego stojaka hydraulicznego 100, pełniącego funkcję stojaka górniczego albo stojaka sekcji obudowy wspierającego strop w podziemnym wyrobisku. W przedstawionym przykł adzie wykonania poszczególne elementy stojaka obudowy górniczej 100 połączone są ze sobą łącznie pięcioma złączami spoinowymi według wynalazku 110, 120, 130, 140 i 150, przy czym wszystkie te złącza spoinowe wykonane są ze sztucznego tworzywa wtryskiwanego do pustej komory pomiędzy łączonymi ze sobą elementami, a tworzywo to wypełnia pustą komorę całkowicie i tężejąc łączy kształtowo ze sobą obydwa elementy funkcyjne, przy czym równocześnie uszczelnia fugę rozdzielającą pomiędzy nimi. Złącze spoinowe 110 łączy pokrywę cylindrową 103

PL 199 454 B1 z cylindrem zewnętrznym 102 pierwszego stopnia cylindrowego. Złącze spoinowe 120 łączy pokrywę cylindrową 104 z rurą cylindrową 105 drugiego stopnia cylindrowego. Rura cylindrowa 105 prowadzona jest przesuwnie w pierścieniu zamykającym 111, który zamocowany jest za pomocą złącza spoinowego 130 z tworzywa sztucznego na wewnętrznym obwodzie zewnętrznego cylindra 102. Pokrywa cylindrowa 104 równocześnie tworzy głowicę tłokową dla drugiego stopnia. We wnętrzu cylindra 105 zlokalizowane jest ruchome wzdłuż osi tłoczysko 107, na którego lewym końcu (fig. 6) zamocowany jest złączem spoinowym 140 relatywnie wąskościenny pierścień tłokowy 108. Tłoczysko 107 prowadzi się równocześnie w drugim pierścieniu zamykającym 112, który za pomocą piątego złącza spoinowego 150 zamocowany jest do wewnętrznej ściany cylindra 105. Wszystkie elementy funkcyjne łączone są ze sobą w krótkim czasie, a geometria pustych komór dla złączy spoinowych 110, 120, 130, 140, 150 odpowiada geometrii komór z powyższych sposobów wykonania.

W ramach powyższego opisu istnieje moż liwość wielu modyfikacji mieszczących się w ramach przedstawionych zastrzeżeń patentowych. Liczba zagłębień wzgl. rowków zachodzących na siebie odcinkach ściankowych łączonych ze sobą elementów funkcyjnych koreluje z właściwościami materiałowymi zastosowanego tworzywa sztucznego. Im większa jest jego wytrzymałość na rozciąganie w stanie stężenia, tym mniejsza może być ilość rowków. Minimalna liczba sześ ciu rowków jest korzystna zarówno pod względem uzyskiwanej wytrzymałości złącza spoinowego jak również pod względem szczelności pomiędzy łączonymi elementami funkcyjnymi. Geometria rowków względnie zagłębień oraz geometria powstałego w procesie tężenia korpusu z tworzywa sztucznego może być zróżnicowana, jednak oczywistym jest, że parametry procesu, zwłaszcza temperatura uplastyczniania, temperatura wtryskiwania, temperatura podgrzewania elementów funkcyjnych oraz ciśnienie wtryskiwania za każdym razem powinny być dostosowane zarówno o użytego materiału, jak i geometrii i obję tości każ dej pustej komory. Obydwa łączone ze sobą elementy mogą ponadto posiadać dopasowane do siebie wzajemnie odcinki gwintowane, służące do skręcenia ich ze sobą w pierwszym kroku montażowym, zanim sztuczne tworzywo zostanie wlane do pustej komory. Dla celów demontażowych wystarczy tylko podgrzać złącze spoinowe dla uplastycznienia odcinków ściankowych. Po usunięciu sztucznego tworzywa z zagłębień elementy funkcyjne mogą zostać ponownie połączone.

Opis wynalazku został wykonany w odniesieniu do cylindrycznych elementów siłowników hydraulicznych. Wynalazek może być również stosowany w siłownikach pneumatycznych do łączenia ze sobą ich elementów funkcyjnych, a zwłaszcza gdy pożądanym jest, aby wraz z połączeniem powstało uszczelnienie fugi rozdzielającej.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Złącze spoinowe dla elementów funkcyjnych hydraulicznych albo pneumatycznych urządzeń roboczych, jak stojaki dla górnictwa podziemnego, z posiadającym zewnętrzny odcinek ściankowy pierwszym elementem funkcyjnym, oraz posiadającym wewnętrzny odcinek ściankowy drugim elementem funkcyjnych, które zestawiane są odcinkami ściankowymi na zakładkę i łączone ze sobą, znamienne tym, że obydwa odcinki ściankowe (14', 15'; 34, 35; 54, 55) posiadają zagłębienie (16, 17; 36, 37; 56, 57), które w stanie połączenia tworzą pustą komorę wypełnianą płynna masą zalewową z tworzywa sztucznego po uprzednim jej uplastycznieniu w drodze podgrzewania, która to masa zalewowa po stężeniu lub stwardnieniu wytrzymuje obciążenie siłami tnącymi o minimalnej wartości 20 MPa, a łączone elementy funkcyjne (2, 3; 7, 8; 2, 11) połączone zostają kształ towo i ż e jeden z tych elementów funkcyjnych posiada otwór zalewowy albo wtryskowy (18, 48, 58) dla masy zalewowej, który poprzez kanał zalewowy (26, 46, 47, 66) uchodzi do przynależnego zagłębienia.
2. 2. Złącze spoinowe według zastrz. 1, znamienne tym, że obydwa odcinki ściankowe (14', 15'; 34, 35; 54, 55) posiadają wiele zagłębień (16, 17; 36, 37; 56, 57).
3. 3. Złącze spoinowe według zastrz. 1, albo 2, znamienne tym, że zagłębienia (16, 17; 36, 37; 56, 57) składają się z obwodowych rowków, bruzd albo wpustów ustawionych poprzecznie do fugi rozdzielającej pomiędzy obydwoma elementami funkcyjnymi (2, 3; 7, 8; 2, 11).
4. 4. Złącze spoinowe według zastrz. 3 znamienne tym, że rowki, bruzdy albo wpusty posiadają wznoszące się ku odcinkowi ściankowemu (14', 15'; 34, 35; 54, 55) odcinki przydenne (38, 39, 40, 41).
5. 5. Złącze spoinowe według zastrz. 4, znamienne tym, że odcinki przydenne (38, 39, 40, 41) ustawione są do siebie pod kątem prostym i/lub kąt nachylenia (α) dłuższego odcinka przy dennego (38, 41) do odcinka ściankowego (34, 35) wynosi 5π/36 rad do 7π/36 rad, zwłaszcza około π/6 rad.

   PL 199 454 B1
6. 6. Złącze spoinowe według zastrz. 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienne tym, że rowki, bruzdy albo wpusty w odcinkach ściankowych (14', 15'; 34, 35; 54, 55) obu elementów funkcyjnych (2, 3; 7, 8; 2, 11) są tak rozmieszczone, że masa zalewowa tężejąc tworzy pierścienie o małych przekrojach, korzystnie prostokątnych.
7. 7. Złącze spoinowe wedł ug zastrz. 6, znamienne tym, ż e są siednie zagłębienia (36, 37) w odcinkach ściankowych (34, 35) oddzielone są od siebie progiem (42, 43), przy czym w stanie zmontowania progi (42, 43) odcinków ściankowych (34, 35) pierwszego i drugiego elementów funkcyjnych (7, 8) leżą bezpośrednio jeden nad drugim.
8. 8. Złącze spoinowe według jednego z zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienne tym, że zagłębienie (57) odcinka ściankowego (54) jednego z elementów funkcyjnych (11) uchodzi do kanału doprowadzającego (72) do komory pierścieniowej (71), w której z masy zalewowej odlewany jest mankiet prowadzący (70) lub podobny dla korpusu (7) poruszającego się osiowo we wnętrzu elementu funkcyjnego (11), albo dla tego elementu, i/lub że przez ten kanał doprowadzający (72) odlewany jest system uszczelnień dla tego mankietu prowadzącego (70).
9. 9. Złącze spoinowe według zastrz. 1, znamienne tym, że masa zalewowa jest masą wtryskową i/lub masa zalewowa ze sztucznego tworzywa w stanie stężenia lub stwardnienia wytrzymuje działanie sił ścinających o wartości przynajmniej 45 MPa.
10. 10. Złącze spoinowe według zastrz. 9, znamienne tym, że masa zalewowa jest termoplastem, zwłaszcza poliamidem albo eterem polifenylu albo politereftalanem, zwłaszcza politereftalanem butylu, albo polifluorkiem winylidu.
11. 11. Złącze spoinowe według zastrz. 1, albo 9, albo 10, znamienne tym, że masa zalewowa wzmocniona jest włóknem, zwłaszcza włóknem szklanym.
12. 12. Złącze spoinowe według zastrz. 1, znamienne tym, że dla celów konserwacyjnych elementów funkcyjnych (2, 3; 7, 8; 2, 11) urządzenia roboczego można je rozdzielić poprzez indukcyjne podgrzanie odcinków ściankowych (14',15'; 34, 35; 54, 55) i uplastycznienie materiału z tworzywa sztucznego.