СТЯЖНОЕ КОЛЬЦО
COUPLING RING

Предшествующий уровень техники
Так называемые кольца многократного обжима или стяжные кольца изготавливают в различных исполнениях. В случае известного способа изготовления сваренную в осевом направлении или вдоль винтовой линии трубу разрезают на кольца с необходимой шириной. Альтернативно от полосы, отрезанной в соответствии с необходимой шириной кольца, прямо или под углом отрезают части соответствующей длины, затем сгибают их в кольцо и сваривают оба конца встык.
Для усадки кольцо сжимают посредством инструмента с несколькими действующими радиально внутрь обжимными губками. В случае недостаточной толщины полосы при этом процессе, который называют также многократным обжиманием, возникает опасность деформирования кольца.
Соответствующее родовому понятию стяжное кольцо раскрыто в патентном документе DЕ102007008274А1. Раскрытое в нем кольцо прижимают к шлангу в области перекрытия с трубой посредством радиального многократного обжимания. В поперечном сечении оно имеет дважды изогнутую радиально вовнутрь структуру, причем расположенные радиально внутри части закруглены для защиты шланга.
Раскрытие изобретения
Главная задача, положенная в основу изобретения, состоит в по меньшей мере частичном устранении недостатков, которые возникают в случае известных стяжных колец. Специальная задача может заключаться в создании стяжного кольца, которое при заданной прочности позволяет использовать полосы с меньшей толщиной.
Эту задачу можно решить за счет того, что обе осевые окружные кромки кольца загнуты наружу под углом от 70° до 90°. Эта форма, достигнутая предпочтительно за счет отбортовки или другого способа отгибания или загиба, обеспечивает по принципу зиговки повышение собственной прочности кольца, за счет чего предотвращают деформирование при стягивании или также при малой толщине полосы.
Изменение формы обуславливает увеличение диаметров кромок полосы, причем кромки полосы закруглены и изогнуты наружу. За счет этого предотвращают повреждение материала шланга, охваченного кольцом.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения пояснены далее более подробно со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показано стяжное кольцо согласно изобретению с отбортованными периферийными кромками, осевой вид сбоку;
на фиг. 2 – осевой разрез вдоль линии А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 – стяжное кольцо согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 4 – часть Х на фиг. 2, увеличенный вид в осевом разрезе; и
на фиг. 5 – график «сила-перемещение» с результатом компьютерного моделирования нагрузочной характеристики трех стяжных колец.
Варианты осуществления изобретения
Показанное на чертежах кольцо имеет постоянную толщину полосы и отбортовано на своих обеих окружных кромках 10 в радиальном направлении наружу так, что плечи 16 образуют с неотбортованной средней частью 13 угол от приблизительно 70° до приблизительно 90°. Особо предпочтительно углы составляют от приблизительно 75° до приблизительно 85°.
В показанном примере выполнения угол составляет около 80° и, по существу, прямые концевые поверхности 11 периферийных кромок 10 проходят под углом около 10° к оси 12 кольца. Расположенная радиально дальше внутри средняя часть 13 заканчивается на обеих сторонах закругленной областью 14.
Вся внутренняя поверхность кольца не содержит кромок напротив окруженного им шланга (не показан). Радиальная высота наружной отбортовки имеет предпочтительно такую величину, что осевые концы 15 внутренней части 13 кольца находятся на расстоянии от шланга даже при сильном сжатии во время процесса обжимания. Средняя часть 13 проходит непрерывно в окружном направлении без прерываний неровностью или т.п.
Кольца многократного обжима применяют при чувствительных материалах шланга, например, в автомобильной промышленности, в системах наддува или системах охлаждения/отопления. Вследствие общих допусков для шлангов возникают различные степени сжатия – с высокими значениями при больших толщинах шланга или меньшими значениями при малых толщинах шланга. Допуски по диаметру в патрубках труб увеличивают этот эффект.
Монтаж колец производят, как правило, в зависимости от хода; то есть уменьшение диаметра кольца устанавливают на определенную величину. Вследствие вышеупомянутых допусков толщины шланга и патрубка трубы по этой причине возникают различные степени сжатия; другими словами, степени сжатия не могут быть установлены, а вытекают из допусков для толщины шланга и диаметра патрубка.
Изобретение снижает риск повреждений шланга при остающейся неизменной мощности. Созданная кольцом в неотбортованной средней области степень сжатия остается неизменной, в то время как отбортованные краевые области обеспечивают мягкий выход сжатого шланга и, тем самым, защищают материал шланга.
Прежде всего, отбортовка окружных кромок 10 повышает собственную жесткость кольца. В результате этого изобретение позволяет использовать для кольца более тонкие материалы полосы, не опасаясь ухудшения в результате этого прочности или стабильности формы кольца в радиальном направлении. Испытания показали, что при той же жесткости возможно уменьшение толщины полосы на величину до 20%, что означает соответствующую экономию материала.
Для предотвращения деформирования кольца при стягивании прежде было необходимо использовать именно полосы с увеличенной толщиной в отношении собственно необходимой производительности (сжатия шланга). Хотя необходимые степени сжатия и были бы достижимы также при меньшей толщине полосы, без отбортовки возникал бы, однако, риск деформирования кольца при сжатии.
Количественная оценка улучшения собственной жесткости стяжного кольца в результате наружного отгибания осевых периферийных кромок 10 была произведена путем компьютерного моделирования, основанного на методе конечных элементов. Результаты наглядно показаны на фиг. 5 и пояснены далее.
Были испытаны три кольца многократного обжима («multi-crimp rings» (MCR)), которые изготовлены соответственно из одной стальной полосы, стыкуемые концы которой были сварены встык (так называемый процесс «сварка вкрест» RX, от англ. «cross-welding»). Первое кольцо (MCR RX) вообще не выгнуто наружу на своих окружных кромках, то есть представляет собой простое кольцо с однородной толщиной полосы и остающимся неизменным в осевом направлении диаметром около 40 мм. Второе и третье кольца содержат соответственно изогнутые наружу периферийные кромки («закрученные кромки» CE, от англ. «curled edges») и в остальном идентичны первому кольцу. При этом плечо 16 на осевых окружных кромках 10 второго кольца (MCR RX CE~45°) проходит под установочным углом приблизительно 45° к неотбортованной средней части 13 кольца. В случае третьего кольца (MCR RX CE<90°) этот установочный угол составляет приблизительно 85°.
Было произведено моделирование характеристики трех колец с использованием так называемой модели полуобечайки. При этом кольца размещают одно за другим вокруг диска, диаметр которого приблизительно равен диаметру стянутого посредством обжимания кольца и который состоит из двух обечаек в форме полумесяца. В процессе моделирования обе полуобечайки перемещают в противоположных направлениях и на основании анализа конечных элементов рассчитывают, как ведут себя соответственно три кольца.
На фиг. 5 показано, насколько велика создаваемая кольцом восстанавливающая сила в зависимости от перемещения обеих полуобечаек. Основополагающая для прочности кольца восстанавливающая или противодействующая сила в Ньютонах показана в виде функции от указанного в миллиметрах расширения диаметра кольца, которое обусловлено расстоянием между обеими полуобечайками. Видно, что в области расширения диаметра на величину до 10 мм третье, значительно отбортованное кольцо «MCR RX CER<90°» всегда обуславливает более высокую противодействующую силу по сравнению с отбортованным лишь приблизительно на 45° вторым кольцом «MCR RX CE~45°», а последнее, в свою очередь, всегда обуславливает более высокую противодействующую силу по сравнению с неотбортованным первым кольцом «MCR RX». При этом следует заметить, что технически существенной является лишь область с расширениями диаметра на величину до приблизительно 1 мм. При более значительных расширениях диаметра стяжное кольцо утратило бы достигнутое с помощью процесса обжимания уменьшение диаметра, которое необходимо для уплотняющего соединения патрубка трубы и шланга с помощью стяжного кольца.
Если сравнивать соответственно величины противодействующей силы применительно к обычно важной в реальных технических условиях величине 1 мм расширения диаметра, то для первого кольца «MCR RX» получают силу около 6,600 Н, для второго кольца «MCR RX CE~45°» – силу около 7,900 Н и для третьего кольца «MCR RX CE<90°» – силу около 9,600 Н. Таким образом, действующая против радиального расширения противодействующая сила и, следовательно, прочность третьего кольца согласно варианту осуществления улучшена по сравнению с неотбортованным кольцом на 45% и еще на 20% по сравнению с кольцом, отбортованным только приблизительно на 45°.
Подводя итог, изобретение относится к стяжному кольцу, обе окружных кромки 10 которого отбортованы и которое вследствие своей увеличенной собственной жесткости позволяет использовать полосы с меньшей толщиной без риска деформирования. Окружные кромки 10 заканчиваются в направленных радиально наружу плечах 16, которые образуют с расположенной в осевом направлении дальше внутрь и не отбортованной средней частью 13 кольца угол приблизительно от 70° до 90°. Отбортовка заключается в расширении диаметра кромок кольца, причем области 14 кромок кольца выгнуты с закруглением наружу, а поверхности 11 кромок проходят под углом предпочтительно от приблизительно 0° до приблизительно 20° к оси 12 кольца.