БЫСТРОРАЗЪЕМНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ ИЗ ПЛАСТМАСС
PLASTIC SNAP-ON CONNECTOR

Быстроразъемные соединители или защелкивающиеся соединители широко используют для обеспечения возможности легкого соединения охватываемой части, например: соединительной муфты для труб, патрубка или ниппеля, и охватывающей части, в частности, участка с отверстием в блоке системы проведения текучей среды. Традиционно такие соединители изготавливают из металла. Они могут содержать резьбовой участок, подлежащий ввинчиванию в охватывающую часть, и втулочный участок, проходящий от охватывающей части после ввинченного резьбового участка и содержащий упругий элемент в форме скобообразной пружины, оказывающей упругое усилие в радиальном направлении для зацепления с защелкиванием с углубленным участком охватываемой части.
Традиционным соединителям присущи недостатки, заключающиеся в их относительно большом весе и высокой стоимости изготовления, так как их преимущественно изготавливают из металла. Кроме того, они имеют достаточно большую протяженность в осевом направлении и включают два потенциальных места протечки. Первое место протечки возможно в области резьбового участка, где посредством первого кольцевого уплотнения образовано уплотнение между соединителем и охватывающей частью, а второе место возможной протечки находится во внутренней периферии втулочного участка, где посредством второго кольцевого уплотнения образовано уплотнение между соединителем и охватываемой частью.
В документе US2015/0145240 A1 описан быстроразъемный соединитель, в котором резьбовой участок исключен, и соединитель не ввинчивают, а заклинивают или стыкуют, или обжимают неразъемным способом с охватывающей частью. Хотя посредством этого обычного решения исключают потребность в первом кольцевом уплотнении для формирования уплотнения между соединителем и охватывающей частью, имеется недостаток, заключающийся в том, что быстроразъемный соединитель постоянно соединен с охватывающей частью. Также быстроразъемный соединитель все еще выступает от наружной поверхности охватывающей части, будучи постоянно соединенным с ней, что является нежелательным для создания соединителей с экономией пространства, особенно – в областях, подобных охлаждению аккумуляторной батареи, требующихся в автомобильных системах для электромобилей.
В документах EP1104530B1 и EP1682810B1 раскрыты обычные быстроразъемные соединители, изготовленные из пластмасс. Соединители содержат первые язычковые участки, выступающие радиально внутрь для зацепления с защелкиванием с охватываемой частью, и вторые язычковые участки, выступающие радиально наружу для зацепления с защелкиванием с охватывающей частью. Однако конструктивная установка этих обычных соединителей относительно сложна и подвержена повреждениям, так как первый и второй язычковые участки окружены радиальным вырезом материала в области боковой стенки соединителя, с которой они соединены посредством только небольшой в осевом направлении перемычки. Кроме того, первый и второй язычковые участки обеспечены на отстоящих в осевом направлении участках соединителя так, что соединитель имеет достаточно большую протяженность в осевом направлении и выступает от наружной поверхности охватывающей части.
Задачей изобретения является уменьшение веса и стоимости соединителя, упрощение его конструктивной установки, уменьшение его протяженности в осевом направлении и уменьшение количества потенциальных мест протечки.
Задачу решают посредством создания соединителя, определенного в п. 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления и дополнительно рекомендуются для использования в соединительной системе, содержащей соединитель, охватываемую и охватывающую части, подлежащие соединению друг с другом.
Согласно изобретению быстроразъемный соединитель содержит трубчатое удерживающее средство, подлежащее вставлению во входной участок охватывающей части и содержащее первый и второй гибкие элементы для зацепления с защелкиванием как с охватываемой частью, так и с охватывающей частью. В отличие от обычных решений быстроразъемных соединителей, изготовленных из пластмасс, удерживающее средство согласно изобретению содержит первый и второй гибкие элементы, выполненные на отстоящих по окружности участках. Благодаря этому упрощается конструкция быстроразъемного соединителя и обеспечивается возможность минимизации его размера в осевом направлении.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения имеется множество первых гибких элементов для зацепления с защелкиванием с охватываемой частью и множество вторых гибких элементов для зацепления с защелкиванием с охватывающей частью. Осевые щели образованы между расположенными в чередующемся порядке первыми и вторыми гибкими элементами для увеличения их способности к упругой деформации. Предпочтительно удерживающее средство изготовлено из пластмассового материала на полимерной основе. Особенно предпочтительно формовать удерживающее средство как цельное структурное тело, посредством литьевого прессования или подобным способом из пригодных для формования пластмассовых материалов. Таким образом, стоимость изготовления и долговечность соединителя достигают наиболее конкурентноспособных значений.
В предпочтительном варианте осуществления трубчатое удерживающее средство содержит кольцеобразное снование, от которого выступают в осевом направлении первые и вторые гибкие элементы с щелями между ними. Первый гибкий элемент содержит первый кольцевой сегмент, из которого выступает радиально внутрь первый язычковый участок. Аналогичным образом, второй гибкий элемент содержит второй кольцевой сегмент, из которого выступает радиально наружу второй язычковый участок. Первый и второй язычковые участки могут также иметь общую форму кольцевого сегмента, а общая форма удерживающего средства может иметь n-кратную симметрию, где n – целое число, причем n=2 - наиболее предпочтительный вариант осуществления.
Уплотнительное средство, предпочтительно уплотнение с круглым сечением, X-образным сечением или манжета, расположено в осевом направлении перед удерживающим средством внутри входного участка охватывающей части. Уплотнительное положение не перекрывается в осевом направлении удерживающим средством так, чтобы уплотнительное средство могло контактировать как с охватываемой частью, так и с охватывающей частью, когда быстроразъемный соединитель находится в его заблокированном состоянии. Таким образом, одного единственного уплотнительного положения достаточно для соединения охватываемой и охватывающей частей так, чтобы было только одно единственное потенциальное место протечки.
Изобретение предпочтительно дополнительно содержит пробку для удерживания удерживающего средства и уплотнительного средства в их условиях до финального блокирующего прикрепления охватываемой части. Удерживающее средство и уплотнительное средство принимают на стержневом участке пробки, имеющем меньший наружный диаметр, чем ее захватываемый участок. Пробка выполняет функцию держателя места для охватываемой части и пригодна для быстрого и безопасного обращения с соединителем во время изготовления и доставки соединителя, а также во время его последующей сборки в системе соединения по текучей среде, в частности, в автомобильной промышленности.
Стержневой участок предпочтительно содержит сужающуюся секцию для постепенного растяжения первого гибкого элемента и/или канавочную секцию для приема первого язычкового участка. Второй гибкий элемент приспособлен к зацеплению с охватывающей частью для сохранения соединителя в его заблокированном и уплотненном состоянии до тех пор, пока пробка подлежит замене охватываемой частью. Канавочная секция имеет меньший диаметр, чем примыкающие по окружности участки пробки и, таким образом, обеспечивается возможность сжатия первого гибкого элемента благодаря его эластичности в радиальном направлении так, чтобы он был сцеплен с пробкой. Это состояние пригодно для безопасной транспортировки или для испытаний под давлением до установки.
Для высвобождения пробки ее поворачивают вокруг ее продольной оси так, чтобы первый гибкий элемент больше не был зацеплен с канавочной секцией пробки. В этом состоянии пробка может быть извлечена из соединителя, удерживаемого зацеплением с охватывающей частью так, чтобы пробка могла быть заменена охватываемой частью. Вкратце, пробкой можно закрывать входной участок охватывающей части в полностью уплотненном состоянии в первом положении поворота, и пробка может быть высвобождена во втором положении поворота, когда пробка подлежит замене охватываемой частью.
При замене пробки охватываемой частью системы соединения по текучей среде, предпочтительно патрубком, первый гибкий элемент повторно растягивают посредством охватываемой части аналогичным образом в радиальном направлении, как посредством пробки, приводя соединитель в его полностью заблокированное состояние. Охватывающая часть содержит канавку, сформированную во внутренней периферии ее входного участка. Канавка может иметь кольцевую или любую другую пригодную форму. Она имеет больший внутренний диаметр, чем примыкающие в осевом направлении участки входного участка, так, чтобы второй язычковый участок второго гибкого элемента мог быть заблокирован в канавке, будучи растянутым против его эластичного усилия восстановления, благодаря вставлению охватываемой части.
Подробности изобретения и его варианты осуществления пояснены со ссылками на чертежи.
На фиг. 1A показано трубчатое удерживающее средство согласно варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 1B – удерживающее средство на фиг. 1A. вид сверху;
на фиг. 1C – удерживающее средство на фиг. 1A, вид сбоку;
на фиг. 2A – быстроразъемный соединитель и охватывающая часть системы соединения по текучей среде согласно варианту осуществления изобретения в разобранном несоединенном состоянии, вид в перспективе;
на фиг. 2B – компоненты системы соединения о текучей среде на фиг. 2A, вид в разрезе;
на фиг. 3A – быстроразъемный соединитель, расположенный внутри охватывающей части системы соединения по текучей среде, согласно варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 3B – компоненты системы соединения по текучей среде на фиг. 3A, вид в разрезе;
на фиг. 4A – система соединения по текучей среде согласно варианту осуществления изобретения в несоединенном состоянии, вид в перспективе;
на фиг. 4B – система соединения по текучей среде на фиг. 4A, вид в разрезе;
на фиг. 5A – система соединения по текучей среде согласно варианту осуществления изобретения в соединенном состоянии, вид в перспективе;
на фиг. 5B – система соединения по текучей среде на фиг. 5A, вид в разрезе;
на фиг. 6A – пробка, подлежащая соединению с быстроразъемным соединителем, расположенным в охватывающей части системы соединения по текучей среде, согласно варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 6B – компоненты системы соединения по текучей среде на фиг. 6A, вид в разрезе;
на фиг. 7A – пробка, соединенная с быстроразъемным соединителем, расположенным в охватывающей части системы соединения по текучей среде, согласно варианту осуществления изобретения, вид в перспективе; и
на фиг. 7B – компоненты системы соединения по текучей среде на фиг. 7A, вид в разрезе.
На фиг. 1A показано удерживающее средство 10, вид сбоку в перспективе. Показанное удерживающее средство 10 изготовлено из пластмассовых материалов, в частности из пластмассовых материалов на полимерной основе, и даже более конкретно, получено в виде цельного тела посредством литьевого прессования или подобным способом. Удерживающее средство 10 содержит кольцеобразное основание 11, которое имеет цилиндрическую наружную поверхность и сужающуюся воронкообразную внутреннюю поверхность, которую можно наилучшим образом видеть на фиг. 2B. Первый и второй гибкие элементы 12, 22 выступают из кольцеобразного основания 11 в осевом направлении. Первый и второй гибкие элементы 12, 22 расположены в чередующемся порядке с осевыми щелями 15, обеспеченными между каждой парой из первого и второго гибких элементов 12, 22. Благодаря щелям 15 и общим характеристикам пластмассового материала, первый и второй гибкие элементы 12, 22 обладают некоторыми эластичными способностями деформации в радиальном направлении, т.е. они могут быть упруго деформированы в определенной мере в радиальном направлении перпендикулярно к осевой протяженности трубчатого удерживающего средства 10.
Как показано более подробно на фиг. 1B и 1C, каждый из двух первых гибких элементов 12 содержит первый кольцевой сегмент 13 и первый язычковый участок, выступающий от первого кольцевого сегмента 13 внутрь в радиальном направлении. Первый язычковый участок 14 сам имеет опять-таки форму кольцевого сегмента. Аналогичным образом, два вторых гибких элемента 22, каждый содержит второй кольцевой сегмент 23 и второй язычковый участок 24, выступающий радиально наружу от второго кольцевого сегмента 23. В показанном варианте осуществления с двумя первыми и двумя вторыми гибкими элементами 12, 22, трубчатое удерживающее средство 10 обладает двусторонней симметрией вращения, и каждый из кольцевых сегментов, по существу, имеет форму около четверти кольца. Однако решения с большим, чем два или даже только с одним из первых и одним из вторых гибких элементов, возможны и ведут к различным видам в общем n-кратной симметрии вращения.
На виде в перспективе в разобранном состоянии, представленном на фиг. 2A, удерживающее средство 10 показано в его предварительно собранном состоянии вслед за уплотнительным средством 30 и перед охватывающей частью 40, сформированной в виде блока. С целью пояснения, удерживающее средство 10 и уплотнительное средство 30 показаны в виде предварительно собранной части на фиг. 2A и 2B. Их собранное положение показано на фиг. 3A и 3B. Каждый из разрезов на фиг. 2B-7B выполнен вдоль двух из осевых щелей 15.
На виде в перспективе системы соединения по текучей среде, показанном на фиг. 2A-7A, охватывающая часть 40 сформирована в виде отверстия в блоке. Хотя обычные системы соединения по текучей среде обеспечены внутренней резьбой в отверстии для ввинчивания резьбового участка соединителя, входной участок 41 охватывающей части 40 приспособлен к полному приему и сцеплению с соединителем без такого резьбового участка. Направление вставления патрубка 50 на фиг. 4 и 5 проходит вниз на чертеже, а затем обозначается как направление вперед. Противоположное направление обозначается как направление назад.
Охватывающая часть 40 содержит входной участок 41, имеющий диаметр, достаточно большой для приема уплотнительного средства и кольцеобразного основания 11 одного за другим. Однако диаметр входного участка 41 меньше наружного диаметра второй язычкового участка 24 второго гибкого элемента 22. При проталкивании удерживающего средства 10 в направлении вниз во входной участок 41, вторые гибкие элементы 22 упруго деформируются радиально внутрь так, что их наружный диаметр становится достаточно малым для захода во входной участок 41. Как только вторые язычковые участки 24 достигают осевого положения кольцевой канавки 42, сформированной в осевом направлении на расстоянии от наружной поверхности входного участка 41, вторые язычковые участки 24 расслабляются до их первоначального состояния и зацепляются с защелкиванием с канавкой 42 в охватывающей части 40.
Таким образом получают соединенное состояние, показанное на фиг. 3A и 3B, в котором уплотнительное средство 30 и удерживающее средство 10 достигают заблокированного состояния, а удерживающее средство 10 сцеплено с охватывающей частью 40 посредством защелкивания между вторыми язычковыми участками 24 и кольцевой канавкой 42. Как можно видеть на фиг. 3A и 3B, удерживающее средство 10 не выступает в осевом направлении из охватывающей части 40, а полностью принято внутри ее входного участка 41. Это является особым преимуществом для обработки и доставки охватывающей части 40 с удерживающим средством 10 в этом предварительно заблокированном состоянии. Кроме того, удерживающее средство 10 удерживает уплотнительное средство 30 от выпадения из входного участка 41 благодаря его заблокированному в осевом направлении положению. Уплотнительное средство 30 опирается на ступеньку 43 охватывающей части 40. Ступенька 43 имеет больший диаметр, чем примыкающий в осевом направлении участок 44 в направлении вниз охватывающей части 40, таким образом, что уплотнительное средство 30 в любом случае не может перемещаться дополнительно внутрь охватывающей части 40.
Кольцевое уплотнение 30 как уплотнительное средство подлежит размещению на кольцевой ступеньке 43 (см. фиг. 3B), сформированной в переднем конце входного участка 41. Кольцевое уплотнение 30 и другие части соединителя показаны на фиг. 2A и 2B в осевом направлении на расстоянии от входного участка 41, а патрубок 50 как охватываемая часть показан на фиг. 4A и 4B в осевом направлении, отстоящим даже больше назад от него. Для достижения полностью соединенного состояния системы соединения по текучей среде, показанной на фиг. 3 и 5, уплотнительное средство 30 сначала размещают внутри входного участка 41 на ступеньке 43 охватывающей части 40, как показано на фиг. 3, а затем размещают кольцеобразное удерживающее средство 10 в осевом направлении назад и с примыканием к уплотнительному средству 30. Соединитель уже переходит в предварительно заблокированное состояние зацепления после вставления во входной участок 41. Это происходит из-за что второй гибкий элемент 22 удерживающего средства 10 подвергается некоторому сжатию при введении во входной участок 41, а его второй язычковый участок 24 затем защелкивается в кольцевой канавке 42 охватывающей части 40. Таким образом, посредством второго гибкого элемента 22 предотвращают выпадение удерживающего средства 10 и уплотнительного средства 30 из входного участка 41 во время транспортировки или подобных действий.
Наконец, как показано на фиг. 4 и 5, охватываемую часть 50 проталкивают через удерживающее средство 10 и уплотнительное средство 30 до тех пор, пока первый язычковый участок 14 первого гибкого элемента 12, который выступает радиально внутрь, не образует зацепление с защелкиванием с охватываемой частью 50. Трубчатая охватываемая часть 50 имеет стандартный наружный диаметр на ее самом переднем участке, который затем постепенно увеличивается в сужающемся участке 51, выполненном для постепенного растяжения второго гибкого элемента 20 при проталкивании охватываемой части 50 через удерживающее средство 10. В заднем направлении от сужающегося участка 51 расположен утолщенный участок 52, имеющий наружный диаметр, достаточно большой для удерживания вторых гибких элементов 22, в частности, их двух вторых язычковых участков 22, в заблокированном состоянии внутри кольцевой канавки 42. Более конкретно, два первых гибких элемента 12 сначала растягивают посредством сужающегося участка 51, и два первых язычковых участка 14 затем опираются на утолщенный участок 52 позади сужающегося участка 51. Храповик, сформированный на заднем конце сужающегося участка 51, упирается в первый язычковый участок 14 первого гибкого элемента 12 так, чтобы охватываемая часть 50 оставалась заблокированной внутри соединителя и больше не могла быть перемещена назад.
На фиг. 5 показана система соединения по текучей среде в ее заблокированном состоянии. Как описано ранее, охватывающая часть 40 сформирована в виде отверстия в блоке. Отверстие содержит участок 44 стандартного диаметра, который немного больше наружного диаметра переднего участка охватываемой части 50. Позади участка 44 стандартного диаметра расположен входной участок 41, имеющий больший внутренний диаметр, чем участок 44 стандартного диаметра. Входной участок 41 содержит ступеньку 43 для приема уплотнительного средства 30 и участок с большим диаметром, чем диаметр ступеньки 43, для приема удерживающего средства 10 так, чтобы оно не выступало в осевом направлении наружу из охватывающей части 40. Входной участок 41 дополнительно содержит кольцевую канавку 42 с большим диаметром, чем примыкающая расположенная сзади часть входного участка 41, таким образом, чтобы два вторых гибких элемента 22 могли выступать в кольцевую канавку 42 при приведении трубчатой охватываемой частью 50 в их заблокированное состояние.
Как можно видеть при сравнении уплотнительного средства, представленного на видах в разрезе на фиг. 4B и 5B, уплотнительное средство 30 расширено при проталкивании охватываемой части 50 через удерживающее средство 10 и уплотнительное средство 30 в полностью заблокированном положении, показанном на прилагаемых фиг. 5A и 5B. Таким образом достигается состояние системы соединения по текучей среде, при котором охватываемая часть 50 находится в полностью уплотненном состоянии относительно охватывающей части 40. Это достигается благодаря тому, что самый передний участок охватываемой части 50 имеет наружный диаметр, который немного больше, чем внутренний диаметр уплотнительного средства 30, так что уплотнительное средство 30 должно быть радиально расширено при проталкивании охватываемой части 50 своим самым передним участком.
До вставления охватываемой части 50 соединитель часто удерживают в предварительно заблокированном состоянии посредством пробки 60. Как можно видеть наилучшим образом на фиг. 6, на которой представлен на виде в разрезе, стержневой участок 61 пробки 60, имеющий стандартный наружный диаметр, совпадающий с диаметром охватываемой части 50, для которой пробка служит в качестве держателя места. Также сужающийся участок 62, по существу, соответствует сужающемуся участку 51 охватываемой части 50 и предназначен для растяжения второго гибкого элемента 20, когда пробку 60 проталкивают через удерживающее средство 10 и уплотнительное средство 30.
Пробка 60 дополнительно содержит стопорные ребра 65, проходящие в осевом направлении и обеспечивающие пробку 60 увеличенным наружным диаметром для стопорения относительно удерживающего средства 10, когда пробка 60 находится в ее полностью вставленном положении. Захватываемый участок 64 пробки 60 содержит три стопорных ребра 65 и дисковый участок 66. С помощью стопорных ребер 65 обеспечивают возможность легкого поворота пробки 60 рукой пользователя и в достаточной мере увеличивают диаметр пробки для предотвращения слишком большого ее проталкивания в соединитель. С их помощью можно дополнительно указывать пользователю, в каких окружных участках пробки 60 сформированы две канавочные секции 63, и они проходят вверх к дисковому участку 66, образующему концевой край пробки 60 в самом заднем участке.
На фиг. 6 и 7 показана пробка 60 в первом положении поворота, в котором канавочные секции 63 зацеплены с защелкиванием с первыми язычковыми участками 14 удерживающего средства 10. В этом первом положении поворота пробка 60 находится в осевом заблокированном положении и закрывает входной участок 41 так, чтобы не могла попасть грязь. Благодаря расширению уплотнительного средства 30, достигаемого посредством проталкивания пробки 60 через удерживающее средство 10 и уплотнительное средство 30 в полностью заблокированном положении, показанном на фиг. 7A и 7B, с помощью пробки также реализуют полностью уплотненное состояние, в котором жидкость или другие текучие среды не могут попасть во входной участок 41 или выходить из него. Это обеспечивается благодаря тому, что самый передний участок пробки 60 имеет наружный диаметр, который немного больше, чем внутренний диаметр уплотнительного средства 30, так что уплотнительное средство 30 должно быть расширено в радиальном направлении при проталкивании пробки 60 ее самым передним участком. Уплотнительная способность соединителя в предварительно собранном состоянии, достигаемая посредством пробки 60, является наиболее преимущественной во время различных этапов обработки и испытаний, особенно в автомобильной промышленности, относящихся к другим текучим средам для охлаждения электрических приводных систем.
Пробку можно поворачивать вокруг ее продольной оси из показанного первого состояния поворота во второе состояние поворота. В показанном варианте осуществления этот поворот осуществляют посредством поворота пробки 60 на 90 градусов в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки. В этом втором состоянии поворота канавочные секции 63 выходят по окружности из зацепления с защелкиванием с первыми язычковыми участками 14 так, чтобы пробка 60 вышла из ее заблокированного состояния в ее высвобожденное состояние. Даже при этом пробка 60 все еще находится в уплотненном зацеплении с уплотнительным средством 30 ее самым передним участком, она больше не заблокирована в ее осевом направлении, так что ее можно вытянуть назад из входного участка 41 охватывающей части. Обычно это является временем, когда пробка 60 подлежит замене охватываемой частью 50, показанной на фиг. 4 – 5, и пояснено дополнительно выше со ссылкой на эти фигуры.
Вкратце, согласно изобретению создан быстроразъемный соединитель, изготавливаемый из пластмассовых материалов, для обеспечения соединения с защелкиванием трубчатой охватываемой части 50 и охватывающей части 40 системы соединения по текучей среде. Соединитель содержит удерживающее средство 10, приспособленное к вставлению во входной участок 41 охватывающей части 40, и содержащее первый и второй гибкие элементы 12, 22 для зацепления с защелкиванием с охватываемой частью 50 и охватывающей частью 40, соответственно. Первый и второй гибкие элементы 12, 22 выполнены на отстоящих по окружности участках удерживающего средства 10 так, чтобы общая в осевом направлении протяженность удерживающего средства 10 была уменьшена.
Список ссылочных обозначений
10 Удерживающее средство
11 Кольцеобразное основание
12 Первый гибкий элемент
13 Первый кольцевой сегмент
14 Первый язычковый участок
15 Щели
22 Второй гибкий элемент
23 Второй кольцевой сегмент
24 Второй язычковый участок
30 Уплотнительное средство
40 Охватывающая часть
41 Входной участок
42 Кольцевая канавка
43 Ступенька
44 Примыкающий в осевом направлении участок
50 Трубчатая охватываемая часть
51 Сужающийся участок
52 Утолщенный участок
60 Пробка
61 Стержневой участок
62 Сужающаяся секция
63 Канавочная секция
64 Захватываемый участок
65 Стопорные ребра
66 Дисковый участок