Конструктивная деталь корпуса устройства с рабочей средой высокого давления транспортного средства
Изобретение относится к конструктивной детали (2) корпуса (10) устройства (1) с рабочей средой высокого давления транспортного средства, по меньшей мере, с присоединительным отверстием (12, 14) с внутренней резьбой для ввинчивания присоединительного элемента с наружной резьбой для впуска и/или выпуска рабочей среды высокого давления в или из устройства (1). Согласно изобретению материалом, по меньшей мере, в зоне присоединительного отверстия (12, 14) является термопластичный ПФА (полифталамид). Это обеспечивает момент разъединения резьбового соединения после длительного теплового воздействия, превышающий 25% момента разрушения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к конструктивной детали корпуса устройства с рабочей средой высокого давления транспортного средства, по меньшей мере, с присоединительным отверстием, снабженным внутренней резьбой для ввинчивания присоединительного элемента с наружной резьбой, для впуска и/или выпуска рабочей среды высокого давления в или из устройства согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Крепление соединенного, например, с напорным трубопроводом рабочей среды высокого давления присоединительного элемента к конструктивной детали корпуса осуществляют соответственно путем ввинчивания присоединительного элемента в присоединительное отверстие. За счет этого находящаяся в напорном трубопроводе рабочая среда высокого давления, в частности сжатый воздух или гидравлическая жидкость, поступает из напорного трубопровода внутрь конструктивной детали или в корпус и в обратном направлении.
Проблема таких винтовых соединений между присоединительным элементом и присоединительным отверстием конструктивной детали заключается в том, что свойства материала, в частности, присоединительного отверстия в конструктивной детали корпуса должны обеспечивать такой высокий момент завинчивания и отвинчивания резьбового соединения, чтобы оно не отсоединялось даже при экстремальных температурных и вибрационных нагрузках.
Конструктивная деталь согласно родовому понятию известна, например, из документа DE 10 2008 028 440 A1. Указанная там конструктивная деталь корпуса редукционного клапана системы АВS, имеющая два таких присоединительных отверстия для впуска и выпуска сжатого воздуха выполнена в виде формованной детали, отлитой под давлением из легкого металла, в частности в виде алюминиевой детали, отлитой под давлением. Свойства материала такой отлитой под давлением алюминиевой детали, обеспечивают высокий момент завинчивания и отвинчивания резьбового соединения, но такое производство является относительно дорогостоящим.
В основу данного изобретения положена задача, усовершенствовать конструктивную деталь указанного типа таким образом, чтобы она при экономически выгодном производстве обеспечивала надежное резьбовое соединение между присоединительным элементом напорного трубопровода рабочей среды и присоединительным отверстием. Эта задача решена согласно изобретению, охарактеризованному признаками пункта 1 формулы изобретения.
Под конструктивной деталью корпуса следует понимать отдельную деталь корпуса, в которую, по меньшей мере, частично помещены любые другие конструктивные элементы устройства с рабочей средой высокого давления. В сочетании, по меньшей мере, с другой деталью корпуса, например крышкой, конструктивная деталь образует комплектный корпус, в котором конструктивные детали закреплены друг с другом или на раме корпуса. В альтернативном варианте конструктивная деталь является единственной конструктивной деталью корпуса, например, если размещенные в корпусе детали заформованы в РРА (полифталамид)-полимер.
В зоне присоединительного отверстия это означает, что стенки конструктивной детали корпуса, непосредственно нагруженной резьбовым соединением между присоединительным элементом и присоединительным отверстием, выполнены из РРА (полифталамида). Предпочтительно конструктивная деталь корпуса полностью выполнена в виде формованной детали, отлитой из РРА (полифталамида). В альтернативном варианте из РРА (полифталамида) выполнен только участок конструктивной детали в зоне присоединительного отверстия, а другой участок выполнен из другого материала, например, из алюминия или РА (полиамид)-полимера, и соединен с участком присоединительного отверстия из РРА (полифталамид).
Поэтому согласно изобретению предложено выполнение конструктивной детали корпуса, по меньшей мере, в зоне присоединительного отверстия из термопластичного материала в виде РРА (полифталамида). Свойства этого материала, в частности, относительно Е-модуля упругости и прочности обеспечивают возможность изготовления резьбового соединения между присоединительным элементом и присоединительным отверстием с высоким моментом завинчивания и отвинчивания, превышающим 25% разрушающего момента даже после высокой и продолжительной тепловой нагрузки, например, 85°C в течение 250 часов или эквивалентной нагрузки по уравнению Аррениуса. Высокий момент завинчивания и развинчивания положительно сказывается на сопротивлении против развинчивания резьбового сочинения в первую очередь при экстремальной температуре и вибрации. Торговое наименование РРА (полифталамида) – это, например, EMS Grivory® HTV5 H1 или Dupont Zytel®. Маркировка РРА (полифталамида) как продукта по стандарту ISO 1874 — это, в частности, PA6T/61, MH, 12-190, GF 50.
В частности, разрушающий момент такого полимера для присоединительного отверстия М16 составляет около 95 Нм, момент завинчивания – 70 Нм, а момент отвинчивания после старения - 30 Нм.
Указанный термопласт отличается от РА (полиамида) тем, что при длительном воздействии высокого площадного давления от свинчивания и при воздействии температуры он менее теряет твердость и форму, так что даже при таких нагрузках конструктивная деталь сохраняет свои параметры. В частности, в выполненной по данному изобретению конструктивной детали устанавливают металлическую резьбовую втулку с присоединительным отверстием для присоединительного элемента или в такой металлической резьбовой втулке нет необходимости.
Раскрытые в зависимых пунктах формулы изобретения приемы обеспечивают возможность осуществления предпочтительных усовершенствованных и модернизированных вариантов заявленного изобретения по пункту 1 формулы.
Согласно усовершенствованному варианту осуществления конструктивная деталь корпуса полностью выполнена из РРА (полифталамид)-полимера, в частности в виде формованной детали, отлитой под давлением.
Предпочтительно РРА (полифталамид)-термопласт усиливают армированным волокном, обеспечивающим повышенную прочность. В частности, применяют армированное стекловолокно, в частности на 30-65% масс.
В частности, армированное стекловолокно обладает несколькими следующими свойствами: Е-модулем упругого растяжения не менее 17500 MПa, пределом прочности не менее 240 MПa, предельным удлинением 2%, ударной вязкостью не менее 80 кДж/м2, ударной вязкостью образца с надрезом 11 кДж/м2, твердостью по Бринеллю не менее 340 MПa, температурой плавления не менее 325°C, теплоформоустойчивостью HDT/A, по крайней мере, 285°C, продольным терморастяжением не более 0,15 10-4/Κ, поперечным терморастяжением не более 0,40 10-4/Κ, плотностью не менее 1,65 г/см3, гигроскопичностью не более 3,0%, влагопоглощением не более 1,3%.
Согласно усовершенствованному варианту осуществления в конструктивной детали корпуса выполнен в базе винтовой глазок под винт или резьбовой штифт для крепления устройства на конструкции транспортного средства, причем материалом, по меньшей мере, в зоне винтового глазка является РРА (полифталамид)-термопласт.
Для крепления конструктивной детали или корпуса на транспортном средстве, через, по меньшей мере, один винтовой глазок вставляют винт или резьбовой штифт и завинчивают его в резьбовое отверстие в структуре транспортного средства. При этом винт или резьбовой штифт затягивают с моментом завинчивания, обеспечивающим неразвинчивание резьбового соединения через более чем 250 часов при 85ºС и/или после пятидесяти перепадов температуры между 40ºС и 85ºС и/или через два часа при -40ºС и/или при ускорении более 5g и/или вибрации по стандарту ISO. Относительно высокий для этого момент затягивания продолжает действовать длительное время, так как РРА (полифталамид)-термопласт, из которого выполнена конструктивная деталь корпуса, по меньшей мере, в зоне, по меньшей мере, одного винтового глазка, в то же время не теряет форму или твердость.
Особенно предпочтительно устройство с рабочей средой высокого давления включает корпус, по меньшей мере, с указанной конструктивной деталью.
Особенно экономически выгодно производство корпуса при изготовлении помимо одной конструктивной детали, по меньшей мере, еще одной или всех конструктивных деталей корпуса устройства с рабочей средой высокого давления из РРА (полифталамида)-термопласта.
Устройством с рабочей средой высокого давления является клапан пневматического или гидравлического действия одного из следующих видов: редукционный клапан системы ABS, клапан системы ASR (антипробуксовочной), ускорительный клапан, многоходовой магнитный клапан, тормозной клапан, клапан системы кондиционирования, клапан вспомогательной силовой установки, клапан тормозной системы с электронным регулятором прицепа, клапан тормозной системы с электронным регулятором тягача, регулятор сцепления.
В частности, устройство с рабочей средой высокого давления образовано редукционным клапаном системы ABS транспортного средства с первым присоединительным отверстием для впуска рабочей среды высокого давления из источника рабочей среды высокого давления и со вторым присоединительным отверстием для выпуска рабочей среды высокого давления в исполнительный орган среды высокого давления тормозной системы.
Далее изобретение более подробно описано с привлечением приложенного чертежа, на котором показано только аксонометрия редукционного клапана системы ABS в качестве предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Показанный на фигуре редукционный клапан 1 системы ABS в качестве предпочтительного варианта осуществления изобретения предназначен для выравнивания тормозного давления при торможении соответствующего колеса в случае его возможной блокировки. Редукционный клапан 1 системы ABS подключен для этого, с одной стороны, к источнику тормозного давления (например, к датчику рабочего тормозного усилия) и, с другой стороны, к тормозному исполнительному органу (например, к тормозному цилиндру) с возможностью регулировать, удерживать или снижать заведенное тормозное давление. Редукционный клапан 1 системы ABS в данном случае является, например, составной частью электропневматического тормозного устройства грузового автомобиля. На фигуре редукционный клапан 1 системы ABS показан в рабочем положении, т.е. детали в верхней части фигуры установлены, например, на раме грузового автомобиля в смонтированном состоянии редукционного клапана 1 системы ABS также наверху.
Редукционный клапан 1 системы ABS включает несколько корпусных деталей, в данном случае, например, верхнюю конструктивную деталь 2 корпуса с двумя боковыми крышками 4, 6 и нижнюю конструктивную деталь 8 корпуса, которые вместе с корпусом 10 образуют редукционный клапан 1 системы ABS. В верхней конструктивной детали 2 корпуса выполнены два присоединительных отверстия 12, 14 с внутренней резьбой. Эти присоединительные отверстия 12, 14 предназначены ответственно для ввинчивания присоединительного элемента (не показано) с соответствующей наружной резьбой, причем присоединительный элемент соединен трубопроводом рабочей среды высокого давления, в данном случае сжатого воздуха.
В частности, первое присоединительное отверстие 12 предназначено для ввинчивания или подключения первого присоединительного элемента, подключенного пневмопроводом, например, к каналу модуля регулирования давления электропневматического тормозного устройства. Через это первое присоединительное отверстие 12 поступает сжатый воздух. Второе присоединительное отверстие 14 предназначено для ввинчивания или подключения второго присоединительного элемента, подключенного пневмопроводом, например, к тормозному пневмоцилиндру электропневматического тормозного устройства. Через это второе присоединительное отверстие 14 выходит сжатый воздух.
В корпусе 10 установлены два мембранных клапана с пружиннонагруженными мембранами, а также регулируемые блоком управления системы ABS электромагнитные регулировочные клапаны предварительной настройки мембранных клапанов. Электросоединение электромагнитных регулировочных клапанов с блоком управления системы ABS осуществлено посредством электрического соединительного устройства 16, установленного в углублении корпуса 10. Подробное описание устройства такого редукционного клапана системы ABS известно, например, из DE 10 2008 028 440 A1.
Редукционный клапан 1 системы ABS является в данном случае, например, составной частью электропневматического тормозного устройства грузового автомобиля, в частности, тормозной системы (EBS) с электронным регулированием тормозного давления.
Корпус 10 включает также, например, в верхней конструктивной детали 2, например, два винтовых глазка 18, причем центральные оси винтовых глазков 18 проходят, например, параллельно друг другу. Винтовые глазки 18 образуют в верхней конструктивной детали 2 сквозные отверстия, т.е. они проходят от одной стороны конструктивной детали до противоположной ей другой стороны конструктивной детали. Особенно предпочтительно для винтовых глазков соотношение наружного диаметра (da) к внутреннему диаметру (di) менее 2,2. В альтернативном варианте, по меньшей мере, один винтовой глазок 18 выполняют также в выступающем из корпуса 10 плоском фланце.
По меньшей мере, верхняя конструктивная деталь 2 выполнена полностью из РРА (полифталамида)-полимера, в частности, отлита из этого термопласта под давлением. РРА (полифталамид)-термопласт усиливают также волокном, в частности стекловолокном. В частности, применяют стекловолоконное усиление с 30-65% масс. Предпочтительно все конструктивные детали 2, 4, 6, 8 корпуса выполняют из РРА (полифталамида)-термопласта.
В частности, РРА (полифталамид)-термопласт обладает, по меньшей мере, следующими качествами: Е-модулем упругого растяжения не менее 17500 MПa, пределом прочности не менее 240 MПa, предельным удлинением 2%, ударной вязкостью не менее 80 кДж/м2, ударной вязкость образца с надрезом 11 кДж/м2, твердостью по Бринеллю не менее 340 MПa, температурой плавления не менее 325°C, теплоформоустойчивостью HDT/A до не менее 285°C, продольным терморастяжением не более 0,15 10-4/Κ, поперечным терморастяжением не более 0,40 10-4/Κ, плотностью не менее 1,65 г/см3, гигроскопичностью не более 3,0%, влагопоглощением не более 1,3%.
Для крепления редукционного клапана системы ABS на раме грузового автомобиля через винтовые глазки 18 вставляют винты или резьбовые штифты и ввинчивают их в резьбовые отверстия в раме грузового автомобиля. После этого пневмопроводы подключают посредством присоединительных элементов к присоединительным отверстиям 12, 14 путем ввинчивания присоединительных элементов в присоединительные отверстия 12, 14.
При этом винты или резьбовые штифты и присоединительные элементы затягивают моментом затягивания, обеспечивающим неразвничивание резьбового соединения через более чем 250 часов при 85ºС и/или после пятидесяти перепадов температуры между 40ºС и 85ºС и/или через два часа при -40ºС и/или при ускорении более 5g и/или вибрации по стандарту ISO. Относительно высокий для этого момент затягивания продолжает действовать длительное время, так как РРА (полифталамид)-термопласт, из которого выполнена верхняя конструктивная деталь 2 корпуса, в то же время мало склонен к потере формы или твердости.
1. Конструктивная деталь (2) корпуса (10) устройства (1) с рабочей средой высокого давления транспортного средства, по меньшей мере, с присоединительным отверстием (12, 14) с внутренней резьбой для ввинчивания присоединительного элемента с наружной резьбой для впуска и/или выпуска рабочей среды высокого давления в или из устройства (1), отличающаяся тем, что материалом конструктивной детали (2), по меньшей мере, в зоне присоединительного отверстия (12, 14) является термопластичный РРА (полифталамид).
2. Деталь по п. 1, отличающаяся тем, что она полностью выполнена из РРА-полимера.
3. Деталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что РРА-термопласт усилен волокном.
4. Деталь по п. 3, отличающаяся тем, что РРА-термопласт усилен стекловолокном с 30-65 мас. %.
5. Деталь по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что она выполнена формованием с литьем под давлением.
6. Деталь по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что РРА-термопласт обладает, по меньшей мере, следующими качествами: Е-модулем упругого растяжения не менее 17500 MПa, пределом прочности не менее 240 MПa, предельным удлинением 2%, ударной вязкостью не менее 80 кДж/м2, ударной вязкостью образца с надрезом 11 кДж/м2, твердостью по Бринеллю не менее 340 MПa, температурой плавления по меньшей мере от 325°C, теплоформоустойчивостью HDT/A по крайней мере 285°C, продольным терморастяжением не более 0,15 10-4/Κ, поперечным терморастяжением не более 0,40 10-4/Κ, плотностью по меньшей мере от 1,65 г/см3, гигроскопичностью не более 3,0%, влагопоглощением не более 1,3%.
7. Деталь по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что в ней выполнен, по меньшей мере, винтовой глазок (18) для введения винта или резьбового штифта для крепления устройства к структуре транспортного средства, причем материалом, по меньшей мере, в зоне винтового глазка (18) является термопластичный РРА.
8. Устройство с рабочей средой высокого давления транспортного средства, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, корпус (10), по меньшей мере, с конструктивной деталью (2) по любому из пп. 1-7.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что наряду с конструктивной деталью (2), по меньшей мере, еще одна конструктивная деталь или все конструктивные детали (2, 4, 6, 8) корпуса устройства (1) с рабочей средой высокого давления выполнены из РРА-термопласта.
10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что оно выполнено в виде клапанного устройства (1) с рабочей средой высокого давления в виде сжатого воздуха или гидравлической жидкости.
11. Устройство по любому из пп. 8-10, отличающееся тем, что оно выполнено в виде одного из следующих устройств: редукционного клапана системы ABS, клапана системы ASR, ускорительного клапана, многоходового магнитного клапана, тормозного клапана, клапана системы кондиционирования, клапана вспомогательной силовой установки, клапана тормозной системы с электронным регулятором прицепа, клапана тормозной системы с электронным регулятором тягача, регулятора сцепления.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что оно выполнено в виде редукционного клапана (1) системы ABS тормозной системы транспортного средства, включающего первое присоединительное отверстие (12) для подачи рабочей среды высокого давления от источника рабочей среды высокого давления и второе присоединительное отверстие (14) для выведения рабочей среды высокого давления в исполнительный орган системы торможения, работающий с рабочей средой высокого давления.
