МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ
MULTICOMPONENT CONNECTING NODE

Изобретение относится к соединительному устройству и способу соединения шланга с патрубком или соединительной муфтой для труб в виде так называемого быстроразъемного или защелкивающегося соединителя.
Быстроразъемные или защелкивающиеся соединители широко применяются, в частности, для соединения трубопроводов с текучей средой в автомобилестроении и других отраслях промышленности. Шланг, выполненный из гибкого полимерного материала, должен быть быстро и надежно соединен с патрубком. Шланг образует охватывающую часть, а патрубок образует охватываемую часть соединения по текучей среде, причем соединительный узел должен обеспечивать быстрое и абсолютно герметичное соединение двух вышеуказанных частей путем защелкивания.
Обычные защелкивающиеся соединители имеют первую удерживающую часть для приема охватываемого патрубка (далее называемого также ниппелем или соединительной муфтой для труб), и вторую удерживающую часть для сцепления с охватывающим шлангом. Обе удерживающие части должны быть снабжены уплотнительными средствами, такими как уплотнительные кольца, расположенными в разных местах для обеспечения уплотнения с патрубком и шлангом, соответственно. Иными словами, каждая удерживающая часть образует место для уплотнения, и каждое место для уплотнения представляет собой часть потенциально возможной утечки. Кроме того, обычные защелкивающиеся соединители требуют значительного установочного пространства в осевом направлении, а их наибольший наружный диаметр значительно больше диаметра шланга. Это является особенно нежелательным недостатком в автомобилестроении в области создания электромобилей, где наличие установочного пространства для аккумуляторных батарей и соответствующих контуров охлаждения является критической проблемой.
Задача изобретения заключается в устранении недостатков известных защелкивающихся соединителей и создании компактного соединительного узла с минимальным количеством компонентов и мест потенциально возможных утечек, в частности, только с одним местом для уплотнения. Кроме того, необходимы меньшие внешние размеры как в радиальном, так и в осевом направлении системы шланг-патрубок в ее соединенном состоянии.
Вышеуказанная задача решается посредством соединительного узла по п. 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы определяют предпочтительные варианты осуществления изобретения. Соответствующий способ определен в независимом пункте 15 формулы изобретения.
В отличие от любого соединительного узла известного уровня техники, соединительный узел согласно изобретению содержит первый и второй удерживающие элементы, расположенные на расстоянии друг от друга вдоль осевого направления соединительного узла, так что между ними в осевом направлении может быть расположен один уплотнительный элемент, образующий уплотнение непосредственно между шлангом и патрубком. Иными словами, первый и второй удерживающие элементы представляют собой трубчатые элементы, установленные соосно друг с другом с зазором место для уплотнения, в котором может быть размещен уплотнительный элемент. Таким образом, второе место для уплотнения/уплотнительный элемент больше не требуется.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения первый и второй удерживающие элементы и уплотнительный элемент выполнены в виде по меньшей мере трех отдельных деталей. Однако эти по меньшей мере три детали могут быть соединены друг с другом (например, методом формования из соответствующих синтетических материалов), при условии, что первый и второй удерживающие элементы не перекрываются друг с другом в осевом направлении. Предпочтительно, все элементы соединительного узла изготовлены из пластика, в частности, из полиамидов (ПА) или термопластичных эластомеров (ТПЭ).
Предпочтительно, второй удерживающий элемент полностью вставляют в шланг, а первый удерживающий элемент вставляют в шланг до упора в первый фланец. Уплотнительный элемент может быть выполнен, например, в виде уплотнительного кольца с круглой или Х-образной формой поперечного сечения, или в виде манжетного уплотнения, и расположен между первым и вторым удерживающими элементами в осевом направлении. Затем соединительную муфту для труб полностью проталкивают через первый удерживающий элемент, уплотнительный элемент и затем вставляют во второй удерживающий элемент до упора во второй фланец, расположенный на его дальнем (т.е. переднем) конце.
Поскольку наружный диаметр соединительной муфты для труб больше внутреннего диаметра уплотнительного кольца в его нерасширенном состоянии, уплотнительное кольцо расширяется в радиальном направлении так, что его наружный диаметр входит в контакт с внутренним диаметром шланга, образуя уплотнение. Кроме того, поскольку первый и второй удерживающие элементы размещают, по существу, полностью внутри шланга, размер в осевом направлении системы «шланг-патрубок» в соединенном состоянии увеличивается лишь незначительно. Помимо этого, увеличение размера в радиальном направлении происходит лишь настолько, насколько расширяется полимерный материал шланга при вставлении в него первого и второго элементов. Иными словами, соединительный узел, по существу, полностью интегрирован в шланг так что указанная система в соединенном состоянии является более компактной, чем системы известного уровня техники. Таким образом, защелкивающееся соединение согласно изобретению требует меньшего пространства для установки как в осевом, так и в радиальном направлении шланга.
Для обеспечения надежного соединения шланга с первым и вторым удерживающими элементами оба указанных элемента содержат уплотнительный участок с одним или более кольцевыми ребрами. Эти ребра имеют поперечное сечение, аналогичное профилю зубьев пилы, и позволяют плавно вставлять первый и второй удерживающие элементы в шланг, но обеспечивают высокое трение при попытке вытащить эти элементы из шланга в противоположном направлении. Кроме того, второй удерживающий элемент может содержать множество радиальных выступов или зубцов, расположенных на наружной поверхности и разнесенных по окружности, предназначенных для дополнительного увеличения трения при вытаскивании, а также для предотвращения возможности любого вращательного движения шланга относительно второго удерживающего элемента. Этим при использовании обеспечивается надежное соединение шланга с первым и вторым удерживающими элементами, когда шланг может направлять текучую среду под высоким давлением. Кроме того, указанное соединение может быть закреплено одним или более наружными шланговыми зажимами по внешней периферии шланга.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, первый удерживающий элемент содержит сужающийся концевой участок, гибко деформируемый в радиальном направлении и способный защелкиваться в соответствующем углубленном участке, расположенном рядом с дальним концом соединительной муфты для труб. Этим обеспечивается возможность соединения путем защелкивания первого удерживающего элемента с соединительной муфтой для труб, сопровождаемого типичным звуком щелчка, указывающим на правильное и полное вставление соединительной муфты для труб в соединительный узел, находящийся внутри шланга.
Далее приведено подробное описание рассматриваемого в качестве примера возможного варианта осуществления изобретения со ссылками на чертежи.
На фиг. 1a показан шланг со вставленным в него соединительным узлом согласно варианту осуществления изобретения, вид сбоку;
на фиг. 1b – система, показанная на фиг. 1a, вид в разрезе;
на фиг. 1c – вид в разрезе по плоскости A-A на фиг. 1a;
на фиг. 1d – система, показанная на фиг. 1a, вид в перспективе;
на фиг. 2a – соединительная муфта для труб, вид сбоку;
на фиг. 2b – трехкомпонентный соединительный узел согласно варианту осуществления изобретения, вид сбоку;
на фиг. 2c – соединительная муфта для труб, соединенная со шлангом посредством соединительного узла согласно варианту осуществления изобретения, вид в разрезе.
На фиг. 1a показан конец шланга 40, соединяемый с соединительной муфтой 50 для труб, показанной на фиг. 2a. Конец шланга 40 плотно охватывает наружную поверхность первого и второго элементов 10, 20, так что его внешний контур повторяет профиль первого и второго элементов 10, 20. Снаружи шланга 40 остается только фланец 15 первого элемента 10, показанная слева на фиг. 1a и 1d. Детали конструкции лучше всего видны и понятны на видах в разрезе, приведенных на фиг. 1c и 2c.
На фиг. 1c показан соединительный узел, состоящий, по существу, из трех компонентов, а именно, первого удерживающего элемента 10, приспособленного для зацепления со шлангом 40 и соединительной муфтой 50 для труб, второго удерживающего элемента 20, приспособленного для зацепления со шлангом 40, и уплотнительного элемента в виде уплотнительного кольца 30, расположенного в осевом направлении между первым и вторым элементами 10, 20 и выполненного с возможностью образования уплотнения между наружной поверхностью соединительной муфты 50 для труб и внутренней поверхностью шланга 40.
Первый удерживающий элемент 10 содержит первый фланец 15, наружный диаметр которого, по существу, равен наружному диаметру шланга 14, так что при вставлении первого удерживающего элемента 10 в шланг 40, шланг 40 упирается в первый фланец 15. Рядом с указанным первым фланцем 15 расположена часть первого удерживающего элемента 10, имеющая такой же внутренний диаметр, но меньший наружный диаметр, чем у первого фланца 15, которая затем продолжается первым уплотнительным участком 11, содержащим множество ребер 12, обеспечивающих плотное соединение между внутренней поверхностью шланга 40 и наружной поверхностью уплотнительного участка 11. К нему дальше в дальнем направлении (в направлении вперед) от первого удерживающего элемента 10 примыкает сужающийся концевой участок 13, на котором как внутренний, так и наружный диаметры первого удерживающего элемента 10 постепенно уменьшаются.
Сужающийся концевой участок 13 также имеет множество осевых пазов 14, которые обеспечивают концевому участку 13 достаточную гибкость в радиальном направлении, чтобы он мог деформироваться так, чтобы соединительная муфта 50 для труб, наружный диаметр которой больше наружного диаметра сужающегося концевого участка 13 на его самом переднем или дальнем конце, могла полностью пройти сквозь первый удерживающий элемент 10.
На фиг. 1c показан второй удерживающий элемент 20, полностью вставленный в шланг 40. Он содержит второй уплотнительный участок 21 и второй фланец 25. Второй уплотнительный участок 21 содержит по меньшей мере одно кольцевое ребро 22, предотвращающее возможность вытаскивания второго удерживающего элемента 20 из шланга 40 в направлении, противоположном направлению его вставления. Кроме того, второй уплотнительный участок 21 содержит множество распределенных по окружности выступов или зубцов 23, которые не только увеличивают трение между шлангом 40 и вторым удерживающим элементом 20 в осевом направлении, но и предотвращают любое вращательное движение второго удерживающего элемента 20 относительно шланга 40. Второй фланец 25 расположен на самом переднем конце соединительного узла и имеет уменьшенный внутренний диаметр для выполнения функции упора для соединительной муфты 50 для труб, когда её вставляют, как показано на фиг. 2a-c и описано далее.
Между первым и вторым удерживающими элементами 10, 20 расположен уплотнительный элемент 30 в виде уплотнительного кольца, выполненного из подходящего полимерного материала. Уплотнительное кольцо 30 зажато расположено между первым и вторым удерживающими элементами 10, 20 и при опрессовывании в системе, показанной на фиг. 2c, упруго деформируется так, что это позволяет ему образовывать уплотнение как с соединительной муфтой 50 для труб, так и со шлангом 40.
В системе может иметься цилиндрическая заглушка (не показана), предназначенная для удерживания трех частей соединительного узла вместе до момента конечного использования соединительного узла для соединения шланга 40 с трубой 50. Многокомпонентный соединительный узел согласно изобретению изготавливают, упаковывают и доставляют так, чтобы заглушка проходила сквозь центральное сквозное отверстие, образованное первым и вторым удерживающим элементами 10, 20 и расположенным между ними уплотнительным кольцом 30. Заглушка удерживает вместе все три компонента соединительного узла в их правильном положении, а также образует закрывающее уплотнение для отверстия шланга. Данная заглушка может даже оставаться внутри соединительного узла, когда соединительный узел вставляют в шланг 40 на первом этапе способа соединения согласно изобретению. Это позволяет быстро и правильно устанавливать соединительный узел в шланге 40. На втором этапе способа соединения заглушку вытаскивают и заменяют соединительной муфтой 50 для труб, имеющей, по существу, такой же наружный диаметр, как и заглушка.
Идея вышеуказанной заглушки более подробно описана в одновременно рассматриваемой международной патентной заявке согласно Договору о патентной кооперации под названием «Соединитель», зарегистрированной на того же самого Заявителя, что и в этой заявке. Содержание вышеуказанной патентной заявки полностью включено в настоящую заявку с помощью ссылки.
На фиг. 2c, на виде в разрезе, показано устройство такого же типа, что и на фиг. 1c, за исключением того, что с левой стороны дополнительно вставлена соединительная муфта для труб или ниппель 50. Как лучше видно на фиг. 2a, соединительная муфта 50 для труб содержит углубленный участок 51, на котором наружный диаметр постепенно уменьшается, образуя клиновидный профиль. Дальше за углубленным участком 51 соединительная муфта 50 для труб образует уступ к концевому участку 52, который снова имеет больший наружный диаметр, предпочтительно такой же, как часть, перед углубленным участком 51, и называемый общим наружным диаметром соединительной муфты 50 для труб.
Как показано на фиг. 2c, углубленный участок 51 входит в зацепление с сужающимся концевым участком 13 первого удерживающего элемента 10 так, что после того, как соединительная муфта 50 для труб достигнет положения, показанного на фиг. 2c, она оказывается зафиксированной в первом удерживающем элементе 10. Это положение фиксации достигается посредством вставления соединительной муфты 50 для труб в соединительный узел в направлении, показанном на фиг. 2a и 2b. Дальний или передний концевой участок 52 соединительной муфты 50 для труб имеет диаметр больше, чем сужающийся концевой участок 13, расположенный на дальнем конце первого удерживающего элемента 10. Однако, благодаря радиальной деформируемости сужающегося концевого участка 13, обеспечиваемой осевыми пазами 14, передний концевой участок 52 соединительной муфты 50 для труб может плавно вставляться через первый удерживающий элемент 10 и во второй удерживающий элемент 20 пока не достигнет второго фланца второго удерживающего элемента 20. В этом положении углубленный участок 51 достигает сужающегося концевого участка 13 первого удерживающего элемента, и пазы 14 восстанавливают свою первоначальную форму, в результате чего достигается зафиксированное состояние, показанное на фиг. 2c.
На фиг. 2b снова показан соединительный узел согласно изобретению, состоящий из трех отдельных компонентов, а именно, первого удерживающего элемента 10, второго удерживающего элемента 20 и уплотнительного элемента 30, расположенного в осевом пространстве между удерживающими элементами 10, 20. Разделение соединительного узла на три отдельных компонента, не перекрывающихся между собой в осевом направлении, позволяет получить соединительный узел согласно изобретению с полностью герметичным защелкивающимся соединением между шлангом 40 и соединительной муфтой 50 для труб с минимальным количеством деталей и компонентов, в которых потенциально возможно образование утечек, в частности, только с одним уплотнительным элементом в виде уплотнительного кольца 30. Кроме того, соединительный узел согласно изобретению лишь незначительно увеличивает радиальные и осевые размеры соединенной системы шланг-патрубок.
Следует отметить, что соединительный узел был показан и описан в простейшем исполнении, с двумя удерживающими элементами 10, 20 и одним уплотнительным кольцом 30. Однако он может состоять из трех и более удерживающих элементов и двух и более уплотнительных элементов, например, двух уплотнительных колец, расположенных в месте для уплотнения между двумя удерживающими элементами 10, 20 в осевом направлении; в частности, одно уплотнительное кольцо оптимизировано для обеспечения уплотнения при высоких температурах, а другое уплотнительное кольцо оптимизировано для обеспечения уплотнения при низких температурах.
Кроме того, соединительный узел может состоять не только из двух удерживающих элементов 10, 20 и уплотнительного элемента 30 в виде трех отдельных конструктивных компонентов, как показано на чертежах. Уплотнительный элемент 30 может быть выполнен за одно целое с одним из двух или с обоими удерживающими элементами посредством одно- или многокомпонентного формования или других технологий производства. Типичными пластиковыми материалами для формования элементов соединителя являются синтетические полимерные материалы с крайне низкими значениями проницаемости. Предпочтительным является использование полиамидов, таких как ПА 6 или ПА 12 с содержанием стекловолокна 20-50%, или термопластичных эластомеров (ТПЭ).
Список ссылочных обозначений
10 первый удерживающий элемент
11 первый уплотнительный участок
12 кольцевые ребра
13 сужающийся участок
14 зубцы
15 первый фланец
20 второй удерживающий элемент
21 второй уплотнительный участок
22 кольцевое ребро
23 зубцы
25 второй фланец
30 уплотнительный элемент
40 шланг
50 муфта
51 кольцевой углубленный участок
52 передний концевой участок