Уплотнительные крышки, содержащие внутренние барьерные кольца
Изобретение относится к уплотнительной крышке и направлено на повышение эффективности работы устройства. Уплотнительная крышка в сборе содержит корпус, имеющий внутренний объем, нижнее отверстие и углубление рядом с нижним отверстием, кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала, по меньшей мере частично вставленное в углубление в корпусе, и по меньшей мере частично неотверждаемый уплотнительный материал, расположенный радиально снаружи кольца для защиты от попадания уплотнительного материала рядом с нижним отверстием корпуса крышки. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Изобретение относится к крышкам, содержащим уплотнительные материалы для уплотнения механических крепежных элементов.
Уровень техники
Уплотнительные материалы часто используются для уплотнения крепежных элементов, используемых в аэрокосмической и других областях промышленности. Известны крышки, которые наполняют уплотнительным материалом и устанавливают поверх крепежного элемента для образования уплотнения после отверждения уплотнительного материала.
Раскрытие изобретения
Одним из объектов изобретения является крышка в сборе, наполняемая уплотнительным материалом и содержащая: корпус крышки, имеющий внутренний объем, нижнее отверстие и углубление рядом с нижним отверстием; кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала, по меньшей мере частично вставляемое в углубление в корпусе крышки; и уплотнительный материал, расположенный радиально снаружи кольца для защиты от попадания уплотнительного материала рядом с нижним отверстием корпуса крышки.
Другой объект изобретения относится к способу получения крышки в сборе, наполняемой уплотнительным материалом. Способ включает в себя по меньшей мере частичное вставление кольца для защиты от попадания уплотнительного материала в углубление, расположенное в нижнем отверстии корпуса крышки, и нанесение уплотнительного материала рядом с нижним отверстием корпуса крышки радиально снаружи кольца для защиты от попадания уплотнительного материала.
Другой объект изобретения относится к способу уплотнения крепежного элемента, установленного на опору. Крышку в сборе, наполняемую уплотнительным материалом, помещают поверх крепежного элемента и прижимают в осевом направлении к опоре, так чтобы убрать кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала по меньшей мере частично в углубление крышки в сборе, наполняемой уплотнительным материалом. Уплотнительный материал растекается по опоре, при этом он, по существу, защищен от растекания радиально внутрь кольца для защиты от попадания уплотнительного материала.
Другой объект изобретения относится к уплотняемому крепежному элементу, установленному на опору. Крышка в сборе, наполняемая уплотнительным материалом и закрывающая крепежный элемент, плотно контактирует с опорой. Крышка в сборе, наполняемая уплотнительным материалом, содержит кожух крышки, имеющий внутренний объем и углубление в нижнем отверстии. Кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала по меньшей мере частично вставляют в углубление в корпусе крышки, и отверждаемый уплотнительный материал помещают радиально снаружи кольца для защиты от попадания уплотнительного материала, образуя уплотнение между нижним отверстием кожуха крышки и опорой.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид сбоку в разрезе корпуса крышки для использования в крышке в сборе, наполняемой уплотнительным материалом;
фиг. 2 - вид сбоку в разрезе корпуса крышки и кольца для защиты от попадания уплотнительного материала крышки в сборе, наполняемой уплотнительным материалом;
фиг. 3 - вид сбоку в разрезе крышки в сборе, наполняемой уплотнительным материалом;
фиг. 4 - вид сбоку в разрезе, показывающий размещение крышки в сборе, наполняемой уплотнительным материалом, поверх крепежного элемента;
фиг. 5 - вид сбоку в разрезе, показывающий манипулирование крышкой в сборе, наполняемой уплотнительным материалом, по отношению к крепежному элементу во время операции уплотнения;
фиг. 6 - вид сбоку в разрезе крышки в сборе, наполняемой уплотнительным материалом и установленной в уплотнительной конструкции вокруг крепежного элемента.
Осуществление изобретения
На фиг. 1-3 показаны компоненты крышки 10 в сборе, наполняемой уплотнительным материалом. Крышка 10 в сборе, наполняемая уплотнительным материалом, включает в себя корпус 12 крышки, имеющий, в общем, цилиндрическую или коническую боковую стенку 13, верхнюю часть 14 и нижнюю кромку 15. Рядом с нижней частью корпуса 12 крышки радиально внутри нижней кромки 15 предусмотрено углубление 16 для уплотнительного материала. В боковой стенке 13 рядом с нижней частью корпуса 12 крышки предусмотрена кольцевая полость 17. Кольцевая полость 17 имеет глубину D, измеренную от нижней кромки 15.
Как наиболее наглядно показано на фиг. 2, кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала частично вставляют в кольцевую полость 17 корпуса 12 крышки. Кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала имеет высоту H. В определенных вариантах выполнения высота H кольца 20 для защиты от попадания уплотнительного материала меньше или равна глубине D кольцевой полости 17 в корпусе 12 крышки. Наружный диаметр кольца 20 для защиты от попадания уплотнительного материала и внутренний диаметр кольцевой полости 17 имеют размеры, обеспечивающие прилегание со скользящим или трущимся контактом между кольцом 20 для защиты от попадания уплотнительного материала и кольцевой полостью 17. Кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала, более подробно описанное ниже, может перемещаться в осевом направлении относительно корпуса 12 крышки, что позволяет убирать кольцо 20 в кольцевую полость 17.
Как наиболее наглядно показано на фиг. 3, неотвержденный уплотнительный материал 30 может быть нанесен на крышку 10 в сборе, наполняемую уплотнительным материалом, посредством наполнения углубления 16 для уплотнительного материала по наружному диаметру кольца 20 для защиты от попадания уплотнительного материала. На фиг. 3 корпус 12 крышки перевернут из положения, показанного на фиг. 1 и 2, и углубление 16 для неотвержденного уплотнительного материала наполнено неотвержденным уплотнительным материалом 30. Кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала препятствует протеканию уплотнительного материала 30 радиально внутрь из углубления 16. В варианте выполнения, показанном на фиг. 3, уплотнительный материал наносят на узел 10 до уровня, где уплотнительный материал 30, по существу, расположен на одном уровне с краем кольца 20 для защиты от попадания уплотнительного материала.
На фиг. 4-6 показана установка крышки 10 в сборе, наполняемой уплотнительным материалом, вокруг крепежного элемента 40, установленного на опору согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Как показано на фиг. 4, крышка 10 в сборе, наполняемая уплотнительным материалом, расположена поверх крепежного элемента 40, при этом нижний край кольца 20 для защиты от попадания уплотнительного материала контактирует с опорой 42. В положении, показанном на фиг. 4, уплотнительный материал 30 может контактировать или приближаться вплотную для контакта с верхней поверхностью опоры 42. В положении, показанном на фиг. 4, кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала проходит от кольцевой полости 17 корпуса 12 крышки на расстояние, которое составляет приблизительно 50 процентов глубины D кольцевой полости 17. Однако в определенных вариантах выполнения это расстояние может составлять 10-90 процентов или 20-80 процентов, или 30-70 процентов или 40-60 процентов.
Как показано на фиг. 5, крышка 10 в сборе, наполняемая уплотнительным материалом, может придавливаться в нижнем направлении и поворачиваться, как показано стрелками. Такое перемещение в нижнем направлении вынуждает крышку 10 в сборе, наполняемую уплотнительным материалом, перемещаться в положение, показанное на фиг. 6, в котором нижняя кромка 15 корпуса 12 крышки перемещается ближе к верхней поверхности опоры 42, тем самым вынуждая уплотнительный материал 30а растекаться и деформироваться. Во время установки кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала скользит в осевом направлении и убирается по меньшей мере частично в кольцевую полость 17 корпуса 12 крышки. Кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала создает по меньшей мере частичный барьер растеканию уплотнительного материала 30а радиально внутрь. Таким образом, кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала, по существу, препятствует протеканию уплотнительного материала 30 во внутреннюю часть кольца 20 для защиты от попадания уплотнительного материала или кожуха 12 крышки, т.е. уплотнительный материал 30 остается в контакте с участком наружного диаметра кольца 20 для защиты от попадания уплотнительного материала и не заполняет полость внутри кожуха 12 крышки. Таким образом, внутренняя полость корпуса 12 крышки может быть защищена от попадания уплотнительного материала 30. После отвердения уплотнительный материал 30а образует уплотнение между кожухом 12 крышки и поверхностью опоры 42.
Кожух 12 крышки может быть выполнен из пригодного материала, включая сюда дополнительное количество уплотнительного материала, который по меньшей мере частично отвердевает, пластики, включая сюда гидрофобные полимеры, и т.п. В определенных вариантах выполнения кожух и уплотнительный материал имеют одинаковый состав. Кожух 12 крышки может быть образован с помощью средств, известных по существующему уровню техники, например посредством процессов литья под давлением, штамповки с применением позитивной и негативной форм и т.п., выполняемых при атмосферном давлении, давлении ниже атмосферного или давлении выше атмосферного. Специалисту в этой области известны различные способы образования вогнутых корпусов, имеющих ряд форм и размеров для конкретного применения. Примеры способов образования корпусов раскрыты в патенте США №7,438,974, включенном сюда посредством ссылки.
Кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала может быть выполнено из пластика или любого другого пригодного материала. Кольцо 20 для защиты от попадания уплотнительного материала может свободно перемещаться по внутреннему диаметру крышки и первоначально выступает из основания крышки. Функция кольца состоит в том, что оно действует в качестве барьера, который препятствует попаданию уплотнительного материала во внутреннюю полость. У нижней кромки 15 корпуса 12 крышки по усмотрению может быть предусмотрена канавка или другой элемент поверхности (не показано) для увеличения сцепления с участком поверхности. В определенных вариантах выполнения кольцо может быть выполнено из полиэфирного имида (PEI) или любого другого пригодного полимерного материала.
В данном контексте термин «уплотнительный материал» относится к составу, который при нанесении в отверстие (например, соединение или пространство, образованное границей между двумя деталями) способен выдерживать атмосферные условия, такие как влагу и температуру, и по меньшей мере частично блокировать пропускание материалов, таких как вода, топливо и/или других жидкостей и газов, которые могли бы в ином случае попасть в отверстие. Уплотнительные материалы часто наносятся на периферийную краевую поверхность комплектующей детали с целью препятствования переносу материала к такой детали или от нее. Настоящие уплотнительные материалы также могут включать в себя клеящие вещества известных типов.
Термин «по меньшей мере, частично неотвержденный», включает в себя полный диапазон твердости - от полностью жидкого состояния до, в некоторой степени, загустевшего состояния, по меньшей мере, до такой степени, что уплотнительный материал/клеящее вещество может соответствовать поверхности опоры. И, наоборот, термин «по меньшей мере, частично отвержденный» включает в себя полный диапазон твердости - от полностью отвержденного состояния до, в некоторой степени, загустевшего состояния, по меньшей мере, до такой степени, что с уплотнительным материалом можно обращаться вручную или механическим путем для его нанесения на опору. Таким образом, предусматривается, что части уплотнительного материала могут затвердевать или не затвердевать, поэтому уплотнительный материал не будет однородным по всей массе уплотнительного материала. Например, уплотнительный материал не должен отвердевать одновременно и существует возможность образования карманов из неотвердевшего уплотнительного материала практически в полностью отвердевшем уплотнительном материале и отвердевшего уплотнительного материала в практически полностью неотвердевшем уплотнительном материале.
Время отверждения уплотнительного материала зависит от срока годности состава уплотнительного материала и может варьироваться в широком диапазоне от минут до часов. В другом неограничивающем варианте выполнения герметичный материал может быть терморегулируемым с целью его защиты от полного отвердения до установки поверх крепежного элемента. Термин «терморегулирование» относится к понижению температур и/или поддержанию этих температур уплотнительного материала, которые замедляют его отвердение посредством по меньшей мере частичного прекращения процесса отвердения. Температура может уменьшаться для эффективного прекращения процесса отвердения. В неограничивающем варианте выполнения период времени процесса отвердения для его завершения обратно пропорционален температуре, поэтому более низкой температуре соответствует более длительное прекращение процесса отвердения и большая степень замедления отвердения. В неограничивающем варианте выполнения понижение и/или поддержание температуры может продолжаться от момента, когда уплотнительный материал приготовлен и расположен в полости корпуса, до момента, когда уплотнительный материал подготовлен для нанесения на опору. Таким образом, во время хранения и транспортирования материала может применяться охлаждение, например отгрузка узла 10 и уплотнительного материала 30 в охлажденном состоянии или с использованием сухого льда.
Температура для прекращения процесса отверждения, упомянутая выше, может широко варьироваться и зависит от срока годности уплотнительного материала. Дата истечения срока годности уплотнительного материала по отношению к температуре варьируется от состава к составу уплотнительного материала. В неограничивающем примере срок годности уплотнительного материала может составлять 21 день при температуре -40°C. Срок годности может быть увеличен за счет понижения температуры. В неограничивающем варианте выполнения для замедления отверждения уплотнительный материал хранится при температуре от -100°C до -25°C, включая сюда эти значения. В другом неограничивающем варианте выполнения уплотнительный материал может храниться при минимальной температуре -25°C. Выбор уплотнительного материала не является критичным и может использоваться ряд материалов, известных по существующему уровню техники.
Конкретный выбор уплотнительного материала, в общем, зависит от ряда факторов, таких как тип опоры и предполагаемое целевое использование. Неограничивающие примеры имеющихся в продаже уплотнительных материалов включают в себя PR-1776®, PS-8890® и PR-1440® производства PRC De Soto International, Inc. (Бербанк, Калифорния) и АС-236® и АС-250® производства AC Tech (PBT Brands, Inc., Хартфорд, Коннектикут). Кроме того, этот способ предварительного приготовления по меньшей мере частично неотвержденного материала может использоваться для других составов, таких как клеящие вещества, покрытия и т.д.
В перечисленных выше неограничивающих вариантах выполнения уплотнительный материал может отверждаться посредством добавления тепла. В другом неограничивающем варианте выполнения уплотнительный материал может отверждаться посредством окисления. В этом варианте выполнения окисление уплотнительного материала может замедляться посредством ограничения воздействия воздуха на уплотнительный материал таким образом, что уплотнительный материал остается частично неотвержденным.
Термин «препятствование» относится к ограничению, сдерживанию, замедлению или противодействию конкретной реакции или функции. Это может достигаться рядом способов, например управлением окружающей средой, воздействию которой подвергается уплотнительный материал. В случае окисления препятствование относится к ограничению, сдерживанию, замедлению или противодействию окислению уплотнительного материала. В неограничивающем примере окислению по меньшей мере частично препятствует ограничение воздействия воздуха или окружающих условий на уплотнительный материал. В случае влаги препятствование относится к ограничению, сдерживанию, замедлению или противодействию распространению влаги на уплотнительном материале. Неограничивающий пример содержит, по меньшей мере, частичное препятствование воздействию влаги посредством ограничения конденсации на поверхности уплотнительного материала.
В целях настоящего подробного описания следует принять во внимание, что изобретение допускает различные альтернативные варианты и последовательности этапов, за исключением явно выраженных и имеющих противоположный смысл. Кроме того, все числа, выражающие, например, количества ингредиентов, используемых в описании и формуле изобретения, и отличающиеся от приведенных примеров или указанные иным образом, должны рассматриваться во всех примерах как модифицированные с помощью термина «приблизительно». Соответственно, если не указано иначе в противоположном смысле, числовые параметры, указанные в приведенном ниже описании и приложенной формуле изобретения, являются приближенными значениями, которые могут варьироваться в зависимости от требуемых свойств, которые должны быть получены с помощью настоящего изобретения. По меньшей мере, но не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов до объема формулы изобретения, каждый числовой параметр должен, по меньшей мере, истолковываться с учетом ряда приведенных значащих цифр и посредством применения стандартных способов округления.
Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, излагающие широкий объем изобретения, являются приблизительными значениями, числовые значения, приведенные в конкретных примерах, являются максимально точными. Однако любое числовое значение, по существу, содержит определенные ошибки, неизбежно возникающие из стандартного разброса в соответствующих опытных измерениях.
Кроме того, следует принять во внимание, что указанный здесь числовой диапазон должен включать в себя все поддиапазоны, относящиеся к какой-либо категории. Например, диапазон «от 1 до 10» должен включать в себя все поддиапазоны между (и включая это значение) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, т.е. должен иметь минимальное значение, равное или больше 1, и максимальное значение, равное или меньше 10.
В этом применении использование единственного числа включает в себя множественное число, и множественное число включает в себя единственное число, если явным образом не указано иное. Кроме того, в этом применении использование «или» означает «и/или», если явным образом не указано иное, даже если «и/или» может явным образом использоваться в определенных случаях.
Специалистам в этой области должно быть понятно, что могут быть выполнены модификации изобретения без отклонения от идей, описанных выше. Такие модификации должны рассматриваться как модификации, включенные в состав приведенной ниже формулы изобретения, если в тексте формулы изобретения явно не указано иное. Соответственно подробно описанные конкретные варианты выполнения являются только пояснительными и не ограничиваются до объема изобретения, который должен соответствовать полному объему приложенной формулы изобретения и любому из ее эквивалентов.
1. Уплотнительная крышка в сборе, содержащая корпус, имеющий внутренний объем, нижнее отверстие и углубление рядом с нижним отверстием, кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала, по меньшей мере частично вставленное в углубление в корпусе, и по меньшей мере частично неотверждаемый уплотнительный материал, расположенный радиально снаружи кольца для защиты от попадания уплотнительного материала рядом с нижним отверстием корпуса крышки.
2. Крышка по п. 1, в которой кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала выполнено с возможностью перемещения в осевом направлении в углублении в корпусе крышки.
3. Крышка по п. 2, в которой кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала имеет, по существу, цилиндрический наружный диаметр, а углубление в корпусе крышки является кольцевым и имеет, по существу, цилиндрический внутренний диаметр, при этом кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала имеет высоту Н, кольцевое углубление имеет глубину D, измеряемую от нижней кромки корпуса крышки, а высота Н меньше или равна глубине D.
4. Крышка по п. 1, в которой кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала частично вставлено в углубление корпуса крышки и простирается вниз за нижнюю кромку корпуса крышки.
5. Крышка по п. 1, в которой корпус крышки содержит нижнюю кромку и углубление для наполнения уплотнительным материалом, при этом углубление для наполнения уплотнительным материалом расположено радиально внутри нижней кромки и радиально снаружи кольца для защиты от попадания уплотнительного материала.
6. Крышка по п. 5, в которой уплотнительный материал заполняет все углубление для наполнения уплотнительным материалом или уплотнительный материал переполняет углубление для наполнения уплотнительным материалом.
7. Крышка по п. 1, в которой уплотнительный материал термически регулируется для поддержания температуры уплотнительного материала, которая замедляет отверждение уплотнительного материала.
8. Способ получения уплотнительной крышки в сборе по п. 1, включающий в себя по меньшей мере частичное вставление кольца для защиты от попадания уплотнительного материала в углубление, расположенное в нижнем отверстии корпуса крышки, и нанесение по меньшей мере частично неотверждаемого уплотнительного материала рядом с нижним отверстием корпуса крышки радиально снаружи кольца для защиты от попадания уплотнительного материала.
9. Способ по п. 8, в котором корпус крышки содержит нижнюю кромку и углубление для наполнения уплотнительным материалом, расположенное внутри нижней кромки и радиально снаружи кольца для защиты от попадания уплотнительного материала.
10. Способ по п. 9, в котором углубление для наполнения уплотнительным материалом полностью наполняется уплотнительным материалом или углубление для наполнения уплотнительным материалом переполняется уплотнительным материалом.
11. Способ по п. 9, в котором кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала простирается в осевом направлении за нижнюю кромку корпуса крышки, и уплотнительный материал наполняется до уровня, по существу, заподлицо с концом кольца для защиты от попадания уплотнительного материала, простирающегося в осевом направлении за нижнюю кромку корпуса крышки.
12. Способ уплотнения крепежного элемента, установленного на опору, включающий в себя: размещение уплотнительной крышки в сборе по п. 1 поверх крепежного элемента и прижатие уплотнительной крышки в сборе в осевом направлении к опоре, тем самым по меньшей мере частично убирая кольцо для защиты от попадания уплотнительного материала в углубление корпуса крышки и обеспечивая растекание уплотнительного материала по опоре, по существу, предотвращая растекание уплотнительного материала радиально внутрь кольца для защиты от попадания уплотнительного материала.
13. Способ по п. 12, также включающий в себя вращение корпуса крышки вокруг осевого направления, при этом корпус крышки вращается одновременно с его прижатием к опоре.
14. Способ по п. 12, также включающий в себя отверждение уплотнительного материала.
15. Уплотняемый крепежный элемент, содержащий крепежный элемент, установленный на опоре, и уплотнительную крышку в сборе по п. 1, расположенную поверх крепежного элемента и герметично контактирующую с опорой.
