Запорный элемент для закрытия и герметизации отверстий, нагружаемых внутренним давлением

Изобретение касается запорного элемента для закрытия и герметизации отверстий, нагружаемых внутренним давлением. Техническим результатом является повышение герметичности при обеспечении соединения. Предлагается слепая заклепка для введения в отверстие одной или нескольких деталей, имеющая полый стержень с передним концом для установки монтажного инструмента и задним концом для введения в отверстие и/или прохождения через него, причем стержень имеет деформирующийся участок с первой стенкой толщиной и примыкающий резьбовой участок со второй стенкой толщиной, которая больше толщины первой стенки, причем резьбовой участок имеет внутреннюю резьбу, причем стержень в области резьбового участка и/или деформирующегося участка имеет место заданного разрушения, положение и направление которого таковы, что при нагружении стержня в осевом направлении после разрушения в заданном месте резьбовой участок погружается в деформирующийся участок. Деформирующийся участок выполняет роль уплотнительного элемента и имеет радиальные желобки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение касается запорного элемента для закрытия и герметизации отверстий, нагружаемых внутренним давлением.

Уровень техники

Глухая герметизирующая заклепка с закрытым концом для соединения двух заготовок и герметизации отверстия в этих заготовках, необходимого для соединения, известна из EP 0 536 957 B1, публикация на немецком языке за номером DE 692 10 162 T2. Отверстие в заготовке закрывается при деформировании (выравнивании и гофрировании) складываемого участка стержня заклепки. Головка стержня разрушается в заданном месте и остается в установленной глухой заклепке.

15 Недостаток заключается в том, что невозможно изготовить резьбу.

Из EP 0 305 868 известна глухая заклепка с деформируемым участком и участком с внутренней резьбой, у которой толщина стенки деформируемого участка уменьшается конически, начиная с резьбового участка. Благодаря этому эту глухую заклепку можно использовать в деталях разной толщины. Недостаток заключается в том, что герметизация в этом случае не выполняется.

Из EP 0 494 747 A1 известна глухая заклепка с деформируемым участком и участком с внутренней резьбой, у которой толщина стенки резьбового участка существенно больше толщины стенки деформируемого участка, что позволяет предотвратить деформацию резьбы при установке заклепки. Недостаток заключается в том, что герметизация в этом случае не выполняется.

Из DE 36 23 123 известно, что у глухой заклепки может быть расположенная на прутке пробка, которая проникает в цилиндрический стержень заклепки коническим участком и расширяется в радиальном направлении. Недостаток заключается в том, что компонент состоит из нескольких частей и что невозможно изготовить резьбу.

Раскрытие сущности изобретения

Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить глухую заклепку, состоящую из небольшого количества частей, имеющую резьбу и обеспечивающую герметизацию.

Слепая заклепка согласно изобретению для введения в отверстие в одной или нескольких деталях имеет полый стержень с передним концом для установки монтажного инструмента и задним концом для введения в отверстие и/или прохождения через него. У стержня имеется деформирующийся участок с первой стенкой толщиной t1 и примыкающий к нему резьбовой участок толщиной t2, превышающей толщину t1, причем на резьбовом участке имеется внутренняя резьба. В области резьбового или деформируемого участка в стержне имеется место заданного разрушения, расположение и направление которого таково, что при нагружении стержня в осевом направлении после разрушения в заданном месте резьбовой участок погружается в деформируемый участок.

Особенность этой слепой заклепки состоит в том, что стержень представляет собой цилиндр с деформируемым и резьбовым участками, представляющими собой одно целое, причем резьбовой участок представляет собой разжимное тело.

Пластическая деформация соответствующей области в радиальном наружном направлении при сдвигании и погружении разжимающегося резьбового участка приводит к радиальному давлению на внутреннюю стенку отверстия, то есть к его герметизации. Таким образом, данная слепая заклепка представляет собой своего рода запорный элемент. Он может состоять из разных материалов и иметь разные диаметры.

Кроме того, этот элемент можно использовать для ремонта. С его помощью можно герметизировать неправильно просверленные отверстия, а также использовать в них меньшие винты.

Преимущество этой слепой заклепки состоит в том, что при ее монтаже отсутствуют отходы в отличие от монтажа глухой заклепки.

Свойства этого изобретения можно также использовать для нарезания резьбы, например, в имеющихся более крупных отверстиях. При этом можно использовать, к примеру, дюбель с любой резьбой, например, с метрической или дюймовой.

В результате все детали можно крепить, например, обычным метрическим винтом.

Кроме того, данное изобретение включает инструмент для демонтажа запорного элемента без ухудшения характеристик имеющегося отверстия.

В зависимости от требований деформирующийся участок слепой заклепки, выполняющий роль уплотнительного элемента, может иметь радиальные желобки.

В них должен попадать вытесняемый материал. Так как при процессе производства слепой заклепки и изготовления герметизируемого отверстия возникают отклонения, эти радиальные желобки необходимы для восприятия материала, выдавливаемого при деформации. Если отверстие слишком узко, разжимающийся резьбовой участок создает в деформирующемся участке, выполняющем роль уплотнительного элемента, столь высокое давление, что процесс деформирования не может быть закончен. Когда в желобки попадает материал и они деформируются, давление может несколько снизиться. После завершения процесса деформации желобки заполнены материалом и образуют гладкую поверхность.

Краткое описание чертежей

Изобретение описано с помощью чертежа. Здесь представлены:

фиг. 1 слепая заклепка перед монтажом в разрезе AA из фиг. 2;

фиг. 2 слепая заклепка из фиг. 1 – вид сверху

фиг. 3 фрагмент фиг. 1;

фиг. 4A-C разные дополнительные варианты исполнения в подробном виде;

15 фиг. 5A-G процесс монтажа;

фиг. 6 процесс демонтажа.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение включает запорный элемент для герметичного закрытия отверстий в самых разных сферах. Этот элемент пригоден для самых разных диаметров и нагрузок под давлением.

На фиг. 1 показана слепая заклепка 1 для введения в отверстие одной или нескольких деталей перед монтажом, причем слепая заклепка 1 в данном случае используется как запорный элемент для отверстия в заготовке. Слепая заклепка 1 состоит из полого стержня 2, сформированного из одной цельной заготовки. У слепой гайки 1 имеется прямой конец 3 для установки монтажного инструмента и задний конец 4 для введения в отверстие и/или прохождения через него, причем стержень 2 переднего конца 3 имеет деформирующийся участок 5 со стенкой толщиной t1 и примыкающий к нему резьбовой участок 6 со стенкой толщиной t2, превышающей первую толщину t1, причем резьбовой участок 6 имеет внутреннюю резьбу 7. Головка слепой заклепки 1 может иметь разные формы, например, как показано на фиг. 5A-G, плоскую головку, потайную головку с фаской, расширяющейся к концу головки. Слепая заклепка 1 может быть выполнена и без головки, как показано на фиг. 1.

Для правильного размещения запорного элемента в имеющемся отверстии (см. фиг. 5c) на переднем конце стержня находится расширяющаяся в направлении наружу фаска 8. С помощью фаски 8 запорный элемент 1 можно центрировать в отверстии.

Так как наружный диаметр слепой заклепки 1 должен быть меньше, чем закрываемое отверстие, с помощью фаски 8 можно обеспечить равномерное формирование деформирующегося участка. Фаска 8 обеспечивает центрирование при введении. В начале осадки на слепую заклепку 1 воздействует давление, фаска 8 равномерно вдавливается в отверстие, центрируя весь элемент.

После осадки части фаски 8 или деформирующегося участка 5 могут выступать над отверстием. При использовании потайной головки от фаски 8 можно отказаться.

Кроме того, во время формования фаска 8 слепой заклепки 1 может быть подогнана к отверстию, что обеспечит дополнительную герметизацию.

Во внутреннюю резьбу 7 ввинчивается резьбовая оправка, имеющаяся на инструменте для монтажа/демонтажа и описываемая ниже.

В области резьбового 6 и (или) деформируемого участка 5 в стержне 2 имеется место заданного разрушения 9, расположение и направление которого таково, что при нагружении стержня 2 в осевом направлении после разрушения в заданном месте 9 резьбовой участок 6 погружается в деформируемый участок 5.

Таким образом, во время формования при монтаже слепая заклепка 1 разделяется в месте заданного разрушения 9, разделенные части 5, 6 втягиваются одна в другую. Таким образом, в месте заданного разрушения 9 слепая заклепка 1 разделяется, из резьбового участка 6 получается разжимающееся тело, а из деформирующегося участка 5 – уплотнительный элемент. В течение этого процесса создается силовое и геометрическое замыкание между резьбовым участком 6 и деформирующимся участком 5. Данное силовое и геометрическое замыкание обеспечивает радиальное давление на внутреннюю стенку герметизируемого отверстия. Радиальная сила, действующая на деталь, обеспечивает силовое замыкание. При деформации деформирующийся участок 5 адаптируется к форме герметизируемого отверстия, в результате чего возникает силовое замыкание.

В зависимости от требований деформирующийся участок 5, выполняющий роль уплотнительного элемента, может иметь радиальные желобки 10. В них должен попадать вытесняемый материал.

На резьбовом участке 6 имеется фаска 11 для введения.

На фиг. 2 показана слепая заклепка 1 из фиг. 1 сверху в плоскости сечения A с деформирующимся участком 5 с фаской 8 и резьбовым участком 6 с внутренней резьбой 7.

На фиг. 3 показан фрагмент слепой заклепки 1 из фиг. 1, причем резьбовой участок 6 имеет примыкающий к деформирующемуся участку 5 соединительный участок 20 длиной L4 с заданным местом разрушения 9. У резьбового участка 6 в зоне перехода к соединительному участку 20 имеется стенка толщиной t3. Здесь видно, что минимальная толщина стенки t4 участка заданного разрушения 9 соединительного участка 20 меньше толщины стенки t1 деформирующегося участка 5 и меньше толщины стенки t3 на переходе к соединительному участку 20.

При этом толщина стенки t4 в месте заданного разрушения 9 представляет собой минимальное расстояние между наружной поверхностью 21 и внутренней поверхностью 22 слепой заклепки 1, напротив, значения толщины других стенок t1, t2 и t3 всегда измеряются в направлении средней оси 23.

Эту слепую заклепку можно использовать и в качестве запорного элемента для создания резьбы в форме дюбеля в отверстии заготовки. Резьба может быть, к примеру, метрической. Таким образом, для крепления на заготовке других деталей можно использовать, например, обычный метрический винт.

В зависимости от размеров нужного винта запорный элемент должен быть рассчитан на разные моменты вращения. Для восприятия высокого момента вращения на поверхности деформирующегося участка 5 можно создать геометрическую особенность.

На резьбовом участке 6 имеется фаска для введения 11, которая предназначена для введения резьбового участка 6, выполняющего роль разжимающего элемента, в деформирующийся участок 5, выполняющего роль уплотнительного элемента, после разрушения слепой заклепки 1 требуемым образом. Соответствующий путь настраивается монтажным инструментом, который описывается ниже.

У резьбового участка 6 имеется сужение 24, причем наружная окружность участка 6 конически сужается в направлении деформирующегося участка 5 на длину L3. Угол раствора конуса a сужения 24 на резьбовом участке 6 составляет в данном случае 15°.

Фиг. 4A-C разные дополнительные варианты исполнения слепой заклепки 1 в подробном виде. На фиг. 4A показана слепая заклепка 1 с первым сужением 24 и первым местом заданного разрушения 9 на резьбовом участке 6, а также второе сужение 30 со вторым местом заданного разрушения 31. При растягивании резьбового участка 6 монтажным инструментом слепая гайка 1 разрушается в первом месте заданного разрушения 9 и во втором месте заданного разрушения 31.

Благодаря этому улучшается силовое и геометрическое замыкание между установленной слепой заклепкой 1 и герметизируемым отверстием.

На фиг. 4B у слепой заклепки 1 согласно фиг. 1 имеется только одно сужение 24 с первым местом заданного разрушения 9, причем по сравнению с фиг. 1 место заданного разрушения 9 имеет меньшую минимальную толщину стенки t4.

На фиг. 4C у слепой заклепки 1 имеется сужение 24 с первым местом заданного разрушения 9, расположенное на деформирующемся участке 5.

На фиг. 5A показана слепая заклепка 1, имеющая деформирующийся участок 5 и резьбовой участок 6 до соединения с помощью монтажного инструмента 40. В качестве инструмента 40 используется посадочный инструмент с настройкой усилия и пути. Для монтажного инструмента 40 дополнительно требуется специальная насадка 41 и подогнанная резьбовая оправка 42.

На фиг. 5B показан процесс навинчивания слепой закладки 1 на инструмент 40 вплоть до достижения упора 50 на инструменте 40, причем оправка 42 ввинчивается во внутреннюю резьбу 7 резьбового участка 6.

Подгонка насадки 41 и резьбовой оправки 42 в точности зависит от пространственных условий в конкретном случае и от геометрической формы головки слепой заклепки 1.

На фиг. 5C показано, как инструмент 40 со слепой заклепкой 1 удерживается на заготовке 60 для введения заклепки 1 в отверстие 61 в заготовке 60. Заготовка 60 может быть многослойной, то есть несколько отверстий могут располагаться друг над другом.

На фиг. 5D показано введение слепой заклепки 1 в отверстие 61, причем видно, что заклепка 1 имеет диаметр, меньший, чем отверстие 61, следовательно, имеется зазор 62. Фаска 8 обеспечивает центрирование при введении. В начале осадки на слепую заклепку 1 воздействует давление, фаска 8 равномерно вдавливается в отверстие 61, центрируя заклепку 1.

Необходимость в том, чтобы толщина заготовки 60 была больше длины деформирующегося участка 5, отсутствует. Однако глубина глухого отверстия должна быть не меньше длины слепой заклепки 1.

На фиг. 5E показано, что при перемещении инструмента 40 и соединенного с инструментом 40 резьбового участка 6 этот участок, разжимаясь, частично втягивается в герметизирующий деформирующийся участок 5, после чего материал заклепки 1 разрушается в месте 9. В результате начинается пластическая деформация деформирующегося участка 5.

На фиг. 5F показан процесс перемещения инструмента 40 и резьбового участка 6, завершающий процесс деформации. Под действием силы поверхность 70 верхней стороны резьбового участка 6 контактирует с насадкой 41 инструмента 40.

На фиг. 5G инструмент 40 выкручивается из заклепки 1, и отверстие 61 герметично закрывается относительно заготовки 60 деформирующимся участком 5, подвергнутым пластической и упругой деформации. Резьбовой участок 6, вошедший в деформирующийся участок 5, также герметичен относительно этого участка благодаря воздействию силы для радиальной деформации; он закрывает отверстие 61 своим закрытым концом.

Для демонтажа можно использовать тот же инструмент 40, который показан на фиг. 5A-5F. На фиг. 6A показано, что насадка 41 с фиг. 5A заменена на гильзу 80.

Гильза 80 опирается на заготовку 60, с помощью вкрученной в резьбовой участок 6 слепой заклепки 1 резьбовой оправки 42 вся заклепка 1 с деформирующимся участком 5 и резьбовым участком 6 при повторном ходе оправки 42 вынимается из отверстия 61, после чего оно снова открывается, как показано на фиг. 6B.

1. Слепая заклепка (1) для введения в отверстие (61) одной или нескольких деталей (60), имеющая полый стержень (2) с передним концом (3) для установки монтажного инструмента (40) и задним концом (4) для введения в отверстие (61) и/или прохождения через него, причем стержень (2) имеет деформирующийся участок (5) с первой стенкой толщиной (t1) и примыкающий резьбовой участок (6) со второй стенкой толщиной (t2), которая больше толщины первой стенки (t1), причем резьбовой участок (6) имеет внутреннюю резьбу (7), причем стержень (2) в области резьбового участка (7) и/или деформирующегося участка (5) имеет место заданного разрушения (9), положение и направление которого таковы, что при нагружении стержня (2) в осевом направлении после разрушения в заданном месте (9) резьбовой участок (6) погружается в деформирующийся участок (5), отличающаяся тем, что деформирующийся участок (5) выполняет роль уплотнительного элемента и имеет радиальные желобки (10).

2. Слепая заклепка (1) согласно п. 1, отличающаяся тем, что резьбовой участок (6) имеет примыкающий к деформирующемуся участку (5) соединительный участок (20) длиной (L4) с местом заданного разрушения (9), причем резьбовой участок (6) снаружи сужается конически в направлении соединительного участка (20) на длину (L3) до третьей толщины стенки (t3) на переходе с соединительным участком (20).

3. Слепая заклепка (1) согласно п. 1 или 2, отличающаяся тем, что минимальная толщина стенки (t4) участка заданного разрушения (9) соединительного участка (20) меньше толщины стенки (t1) деформирующегося участка (5) и меньше толщины стенки (t3) на переходе к соединительному участку (20).

4. Слепая заклепка (1) согласно одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что угол раствора конуса (a) на резьбовом участке (6) составляет от 5° до 45°.

5. Слепая заклепка (1) согласно одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что на переднем конце (3) стержня (2) имеется головка с опорой в виде потайной или плоской головки.

6. Слепая заклепка (1) согласно одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что на переднем конце (3) стержня (2) имеется расширяющаяся в направлении наружу фаска (8) для центрирования в отверстии (61).

7. Слепая заклепка (1) согласно одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что резьбовой участок (7) закрыт и представляет собой резьбу в глухом отверстии.

8. Применение слепой заклепки (1) согласно одному из предыдущих пп. 1-7, отличающееся тем, что слепая заклепка используется в качестве запорного элемента.

9. Применение слепой заклепки (1) согласно одному из предыдущих пунктов 1-7, отличающееся тем, что слепая заклепка используется в качестве дюбеля, в частности, вместе с метрической резьбой.

10. Применение согласно одному из предыдущих пп. 8 или 9, отличающееся тем, что поверхность деформирующегося участка (5) стержня (2) имеет геометрические элементы для улучшения восприятия момента вращения.