Запирающий элемент для отверстия в компоненте, которое находится под действием внутреннего давления, и способ его установки

Изобретение относится к устройствам для перекрытия отверстий в корпусах, трубопроводах и сосудах, находящихся под давлением текучей среды. Запирающий элемент в соответствии с изобретением представляет собой натяжной стержень (1), который может быть растянут, и головка которого выполнена в виде запирающего диска (2), который может быть расширен в сторону от натяжного стержня. Указанный запирающий диск в установленном состоянии прижат к внутренней стене (6) отверстия, таким образом запирая его. Когда достигается определенное растягивающее напряжение, натяжной стержень (1) отделяется от запирающего диска (2) в заранее определенной точке разрыва (7) натяжного стержня. Простой в обращении натяжной стержень облегчает установку запирающего элемента в отверстие компонента. Поскольку запирающий диск (2) прижат к наружной части контрдержателя (9) во время установочного процесса, он может быть вставлен в отверстие. Ограничение растягивающего напряжения за счет заранее определенной точки разрыва позволяет перекрыть отверстие с заданным запирающим усилием. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 21 ил.

 

Изобретение относится к запирающему элементу для отверстия в компоненте, которое находится под действием внутреннего давления, содержащему запирающий диск, который может быть вставлен в отверстие, по существу, без зазора, и который может быть расширен в сторону от аксиально действующего усилия растяжения и может быть, таким образом, радиально прижат к внутренней стенке отверстия, запирая его. Изобретение также относится к способу установки запирающего элемента в отверстие компонента.

Запирающие элементы такого типа массово используются в отверстиях, имеющих различные диаметры и внутренние давления. Широкий диапазон воплощений произведен в зависимости от размера отверстия и значения действующего внутреннего давления. Некоторые из этих воплощений раскрыты в DE AS 1120415 и US 6708978 В2. Описанные здесь запирающие элементы выполнены в виде запирающего диска, состоящего из одной части. Поэтому они производятся легче, чем запирающие элементы, состоящие из нескольких частей, например такие, как описаны в WO 2009/000317 А1. Несмотря на то что запирающие диски имеют относительно малые размеры, они зачастую тяжелы в обращении. Кроме того, запирающий диск должен опираться на внутреннюю контрповерхность отверстия в процессе установки. В результате этого отверстие должно быть точно градуировано, чтобы гарантировать то, что запирающий диск имеет точно намеченную установочную глубину в установленном состоянии.

Задача данного изобретения заключается в том, чтобы избежать этих недостатков и создать запирающий элемент описанного выше типа, который может быть легко установлен в непрерывное гладкое отверстие и который запирает это отверстие с определенным запирающим усилием.

Эта задача решается в данном изобретении за счет того, что запирающий диск является головкой натяжного стержня, который может быть растянут, и что этот натяжной стержень имеет заранее определенную точку разрыва запирающего элемента, в которой он может быть отделен от запирающего диска после достижения определенного растягивающего напряжения.

Объединение натяжного стержня с запирающим диском облегчает установку запирающего элемента в отверстие компонента. За счет растяжения стержня можно обойтись без опоры запирающего диска на внутреннюю контрповерхность компонента. Поскольку воздействие растяжения ограничено заранее определенной точкой разрыва запирающего элемента, то гарантируется также и то, что в установленном состоянии отверстие заперто с определенным запирающим усилием.

Установка запирающего элемента в отверстие компонента осуществляется в соответствии с изобретением так, что, прежде всего, вводят запирающий диск с натяжным стержнем, который затем извлекают с помощью зажимного устройства с корпусом в виде раструба, который его охватывает, натяжной стержень прижимает запирающий диск к внешнему контрдержателю в направлении растяжения до отделения стержня от запирающего диска в заранее определенной точке разрыва запирающего элемента после достижения определенного растягивающего напряжения.

Предлагаемый в изобретении способ обеспечивает быструю установку запирающего элемента с простым в обращении устройством, состоящим, по существу, из зажимного устройства с корпусом в виде легко заменяемого раструба с растяжимыми зажимными губками.

Предпочтительные варианты запирающего элемента в соответствии с изобретением, а также способа установки запирающего элемента являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Далее изобретение описано более детально на примерах осуществления со ссылками на схематически показанные чертежи. На чертежах показано следующее:

- на фиг. 1 - первое воплощение натяжного стержня в соответствии с изобретением с соответствующим установочным устройством, показанным в двух стадиях установки;

- на фиг. 2 - различные воплощения натяжного стержня с фиг. 1;

- на фиг. 3 - различные воплощения боковой поверхности натяжного стержня с фиг. 1;

- на фиг. 4 - различные воплощения натяжного стержня с фиг. 1 с выступающей лицевой частью;

- на фиг. 5 - различные воплощения запирающего диска с фиг. 1;

- на фиг. 6 - различные воплощения запирающего диска с фиг. 1, состоящего из нескольких частей;

- на фиг. 7 - различные воплощения уплотнительной поверхности запирающего диска с фиг. 1;

- на фиг. 8 - различные воплощения запирающего диска с фиг. 1 с механически обработанным уплотнительным краем;

- на фиг. 9 - различные воплощения запирающего диска с фиг. 1 с различными формами уплотнительной поверхности;

- на фиг. 10 - различные воплощения заранее определенной точки разрыва запирающего элемента с фиг. 1;

- на фиг. 11 - воплощение заранее определенной точки разрыва запирающего элемента для конических натяжных стержней;

- на фиг. 12 - иное воплощение заранее определенной точки разрыва запирающего элемента;

- на фиг. 13 - первый вариант установочного устройства с фиг. 1 с зажимными губками, надежно охватывающими натяжной стержень;

- на фиг. 14 - второй вариант установочного устройства с фиг. 1 с режущим или штамповочным инструментом, создающим заранее определенную точку разрыва запирающего элемента;

- на фиг. 15 - третий вариант установочного устройства с фиг. 1 с режущим или штамповочным инструментом, установленным в зажимных губках;

- на фиг. 16 - три варианта контрдержателя с фиг. 1;

- на фиг. 17 - иное воплощение контрдержателя как части с резьбой;

- на фиг. 18 - два варианта натяжного стержня с фиг. 1 с крепежными элементами для силовой пружины;

- на фиг. 19 - два следующих варианта натяжного стержня с фиг. 1 с резьбой для завинчивания дополнительного компонента;

- на фиг. 20 - следующий вариант запирающего элемента, выполненного как удерживающий элемент без заранее определенной точки разрыва запирающего элемента;

- на фиг. 21 - следующий вариант запирающего элемента в перспективе.

На фиг. 1 запирающий элемент в соответствии с изобретением показан справа на начальной фазе, а слева - на заключительной фазе процесса установки. Такие запирающие элементы используют, прежде всего, в автомобильных, пневматических и гидравлических применениях, таких, например, как герметизация отверстий в двигателях транспортных средств, или отверстий в гидравлических или пневматических клапанах и т.п.

Запирающий элемент содержит натяжной стержень 1 с головкой в форме запирающего диска 2. Эта головка имеет периферическую уплотнительную поверхность 3, внешний диаметр которой имеет такие размеры, что она может быть введена в отверстие 4 компонента 5, по существу, без зазора. Простой в обращении натяжной стержень 1 облегчает установку запирающего элемента в отверстие компонента.

Как видно из фиг. 1, запирающий диск 2 расширяется в сторону от растяжения натяжного стержня 1, прижимается своей уплотнительной поверхностью 3 в радиальном направлении к внутренней стенке 6 отверстия 4 до тех пор, пока натяжной стержень 1 не отделится от запирающего диска 2 после достижения определенного растягивающего напряжения в заранее определенной точке 7 разрыва запирающего элемента. Запирающий диск 2 в это время надежно закреплен во внутренней стенке 6 отверстия 4 и запирает его с определенным запирающим усилием, которое зависит от заранее определенного напряжения разрушения.

Запирающий элемент, согласно изобретению, установлен при помощи установочного устройства, состоящего, по существу, из корпуса зажимного устройства в виде раструба 8, зажимных губок 10, извлекающего устройства (детально не показано) и контрдержателя 9, расположенного в компоненте 5. Натяжной стержень 1 надежно зажат в зажимных губках 10, охватывающих его. Легко заменяемый контрдержатель 9 смонтирован так, что он входит более или менее глубоко в отверстие 4 конструкции. Таким образом, установочная глубина запирания может быть определена от случая к случаю. Поскольку натяжной стержень 1 растянут, контрдержатель 9 размещен сзади запирающего диска 2. Таким образом можно обеспечить отверстие 4 непрерывной гладкой внутренней поверхностью.

Согласно изобретению, контрдержатель также может быть выполнен в форме втулки, впрессованной в отверстие, или может быть сформирован посредством сужения отверстия.

На фиг. 2-20 показаны следующие возможные воплощения запирающего элемента в соответствии с изобретением и соответствующего установочного устройства. В вариантах 1а-1с согласно фиг. 2 натяжной стержень имеет цилиндрическую или коническую форму, а также может быть призматическим.

Как видно на фиг. 3, вся внешняя поверхность 11а-11d натяжного стержня или ее часть может быть шероховатой, или зазубренной, или рифленой, или же внешняя поверхность снабжена резьбой, к которой могут надежно примыкать зажимные губки 10 за счет формы или силового замыкания. В вариантах согласно фиг. 13 рифление или зазубренности нанесены зажимными губками 10а и 10b раструба, сформированного из одной или более частей.

В тех случаях, когда на натяжной стержень 1 действуют большие растягивающие усилия, или с целью обеспечения упрощенной структуры, полезно для надежного извлечения стержня снабдить его выступающей частью 12a-12d согласно фиг. 4 на краю, отстоящем от запирающего диска.

В вариантах 2а-2с согласно фиг. 5 запирающий диск 2 имеет слегка коническую или сферическую форму.

В вариантах 2d-2h согласно фиг. 6 запирающий диск 2 сформирован из нескольких частей.

В варианте согласно фиг. 7 запирающий диск 2 имеет на краю покрытую, или шероховатую, или рифленую, или зазубренную уплотнительную поверхность 3а-3с или уплотнительную поверхность 3d-3f, снабженную резьбой или уплотнительным элементом, что гарантирует надежное закрепление запирающего диска. Предпочтительным также в этом контексте является, если, по крайней мере, край, лежащий на внешней стороне уплотнительной поверхности, скошен и, при необходимости, снабжен механически обработанной антипроскальзывающей поверхностью согласно вариантам 13а, 13b на фиг. 7. Сама уплотнительная поверхность 3 предпочтительно имеет цилиндрическую форму.

Согласно вариантам 14a-14d на фиг. 9 уплотнительная поверхность может также иметь коническую, или вогнутую, или выпуклую форму, например, для установки в отверстия, не являющиеся цилиндрическими.

Заранее определенная точка 7 разрыва запирающего элемента имеет форму канавки или выемки в вариантах 7а-7с согласно фиг. 10. Со слегка коническим натяжным стержнем она может быть сформирована кромкой 7d, примыкающей к запирающему диску 2 согласно фиг. 11.

В варианте согласно фиг. 12 натяжной стержень 1 и запирающий диск 2 выполнены как отдельные части, надежно соединенные друг с другом в заранее определенной точке разрыва 7е запирающего элемента.

В варианте согласно фиг. 14 заранее определенная точка 7 разрыва запирающего элемента производится режущим или штамповочным инструментом 15, установленным в зажимном приспособлении корпуса 8, во время извлечения натяжного стержня 1.

В варианте согласно фиг. 15 заранее определенная точка разрыва запирающего элемента также произведена во время извлечения натяжного стержня 1, в этом случае режущий или штамповочный инструмент 15 установлен на зажимных губках 10.

Как показано на фиг. 16, контрдержатель может быть ступенчатым в соответствии с вариантом 9а, установочная глубина запирающего диска 2 определяется глубиной ступени. В варианте 9b контрдержатель имеет ровную опорную поверхность, и запирающий диск 2 находится вровень с внешней поверхностью компонента. В варианте 9с контрдержатель имеет диаметр, близкий к диаметру отверстия, и запирающий диск может быть установлен на любую глубину. В соответствии с вариантами 9а и 9с запирающий диск 2 прижат к контрдержателю 9а и 9с, помещенному в компонент.

В варианте 9d согласно фиг. 17 контрдержателем служит запирающий диск 2, завинченный в компонент, на котором имеется резьба. В этом случае запирающий диск 2, завинченный во внутреннюю резьбу 9d компонента, служит контрдержателем. Это позволяет непрерывно регулировать глубину запирания.

В вариантах согласно фиг. 13-15 контрдержатель 9 установлен в раструб установочного устройства. Контрдержатель 9 также может быть сформирован как отдельная часть.

Запирающий элемент может быть выполнен в виде удерживающего элемента. Возможные варианты показаны на фиг. 18 и 19.

В вариантах согласно фиг. 18 запирающий диск 2 оснащен на нижней стороне удерживающими средствами 16а, 16b для силовой пружины 17, входящей в отверстие.

В вариантах согласно фиг. 19 запирающий диск 2 оснащен на нижней стороне резьбой 18а, 18b, на которую может быть завинчен другой компонент.

В версии согласно фиг. 20 натяжной стержень 1 не отрывается от запирающего диска 2 во время установки, и может выполнять любые удерживающие функции. Например, он может быть снабжен резьбой.

Запирающий элемент согласно фиг. 21 снабжен одним или, как показано, несколькими отверстиями 21 на запирающем диске с уплотнительной поверхностью 3g. Такой тип запирающего элемента может использоваться в отверстии в клапане или подобном элементе, где запирающий элемент позволяет среде пройти, но, например, удерживает часть клапана, которая может передвигаться в отверстии.

Запирающий элемент согласно изобретению может быть изготовлен либо из металла, в частности из алюминия или нержавеющей стали, либо из пластмасс, посредством механической обработки, холодной или горячей штамповки и литья, являющихся возможными способами производства.

1. Запирающий элемент для отверстия в компоненте, которое находится под действием внутреннего давления, включающий запирающий диск, который может быть вставлен в отверстие, по существу, без зазора, и который может быть расширен в сторону от аксиально действующего растяжения путем использования контрдержателя (9), и таким образом может быть радиально прижат к внутренней стене отверстия, запирая его, отличающийся тем, что запирающий диск (2) и натяжной стержень (1) выполнены за одно целое, запирающий диск (2) является головкой натяжного стержня (1), который может быть растянут, и таким образом в радиальном направлении может быть прижат к внутренней стенке (6) отверстия (4) до тех пор, пока не будет надежно прикреплен к внутренней стенке (6) отверстия (4).

2. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что натяжной стержень (1) имеет заранее определенную точку (7) разрыва запирающего элемента, в которой он может быть отделен от запирающего диска (2) после достижения определенного растягивающего напряжения.

3. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что натяжной стержень (1) снабжен внешней поверхностью (11а-11d), которая, по крайней мере, частично выполнена шероховатой, или зазубренной, или рифленой, или обеспечена резьбой.

4. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что натяжной стержень (1) обеспечен на краю, отдаленному от запирающего диска (2), выступающей частью (12а-12d).

5. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что запирающий диск (2а-2с) имеет слегка коническую или сферическую форму.

6. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что запирающий диск (2d-2h) сформирован из нескольких частей.

7. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что запирающий диск (2) имеет на краю покрытую, или шероховатую, или рифленую, или зазубренную уплотнительную поверхность (3a-3f) или уплотнительную поверхность, снабженную резьбой или уплотнительным элементом.

8. Запирающий элемент по п. 7, отличающийся тем, что, по крайней мере, край (13а и 13b), расположенный на внешней стороне уплотнительной поверхности, скошен и, при необходимости, снабжен антипроскальзывающей поверхностью.

9. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что запирающий диск (2) снабжен на торце уплотнительной поверхностью (14a-14d), имеющей коническую, или вогнутую, или выпуклую форму.

10. Запирающий элемент по п. 2, отличающийся тем, что заранее определенная точка (7а-7с) разрыва запирающего элемента имеет форму канавки или выемки.

11. Запирающий элемент по п. 2, отличающийся тем, что натяжной стержень (1) является слегка коническим и заранее определенная точка разрыва запирающего элемента сформирована его кромкой (7d), примыкающей к запирающему диску (2).

12. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде удерживающего элемента, при этом запирающий диск (2) оснащен на нижней стороне удерживающими средствами (16а, 16b) для силовой пружины (17), входящей в отверстие, или резьбой (18а, 18b).

13. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что натяжной стержень (1) и запирающий диск (2) выполнены в виде отдельных частей.

14. Запирающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что натяжной стержень (1a-1c) имеет цилиндрическую или слегка коническую внешнюю поверхность.

15. Способ установки запирающего элемента в компонент, предназначенный для этого, отличающийся тем, что запирающий диск (2) с натяжным стержнем (1), которые выполнены за одно целое, вводят в отверстие (4) компонента, а затем натяжной стержень (1) извлекают посредством охватывающего его раструба (8), при этом натяжной стержень прижимает запирающий диск (2) в направлении растяжения к наружной части контрдержателя (9), пока не отделяется от запирающего диска (2) после достижения определенного растягивающего напряжения в заранее определенной точке (7) разрыва запирающего элемента.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что заранее определенную точку (7) разрыва запирающего элемента производят во время извлечения.

17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что запирающий диск (2) прижат к контрдержателю (9а-9с), помещенному в компонент.

18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что запирающий диск (2), завинченный во внутреннюю резьбу (9d) компонента, служит контрдержателем.

19. Способ по п. 15, отличающийся тем, что контрдержатель выполнен в форме втулки, впрессованной в отверстие.

20. Способ по п. 15, отличающийся тем, что контрдержатель сформирован посредством сужения в отверстии.