具有改进的使用能力的法兰组件的制作方法

专利名称：具有改进的使用能力的法兰组件的制作方法
具有改进的使用能力的法兰组件相关申请的交叉引用本申请要求2008年4月4日提交的美国临时专利申请61/042，364和2008年5 月9日提交的美国临时专利申请61/051，730的优先权的权益，这两个申请在此通过引用整 体并入。发明领域本发明一般涉及接头组件。更具体地，本发明涉及具有改进的使用能力的接头或 法兰组件。
背景技术：
接头和法兰组件用于许多不同的技术领域且遭受各种不同的缺点和问题。例如， 对于用于汽车工业的排气法兰(exhaust flange)，成本越来越多地成为汽车部件生产中的 关键因素，而且许多公司通过减少人力或材料消耗来尽力降低他们的成本。生产商面临的 另一个问题是，需要他们的排气系统在预定的一段时期内满足排放标准。结果，排气系统内 的各个部件，像排气法兰，必须在保修期内是完全可运行的，这是一项困难的任务。生产商面临的另一个排气法兰的问题是由于腐蚀引起的损坏。目前，排气法兰全 部用标准碳钢或不锈钢生产，但是这两种材料都有内在的缺点。不锈钢排气法兰具有足够 的抗腐蚀性，但是生产造价高，因此更换不锈钢排气法兰的成本相对高。另一方面，碳钢排 气法兰具有成本效益，但是通常很快腐蚀，结果在保修期内服务困难。因此，希望提供一种新型接头组件，该接头组件克服现有技术接头组件的至少一 种缺点。发明概述本发明的目的是排除或减轻前面接头或法兰组件的至少一种缺点。从宽泛的方面，提供一种法兰组件，其包括具有用于接纳管子的第一端的接口的 第一法兰部分；具有用于接纳第二管子的接口的第二法兰部分；延伸穿过第一法兰部分和 第二法兰部分的一套紧固件；以及一套连接部分，其与第一法兰部分或第二法兰部分中的 一个配合，用于接纳一套紧固件，来将法兰部分第一法兰部分和第二法兰部分紧固在一起。从另一宽泛的方面，提供一种接头组件，其包括第一部分；第二部分；一套紧固 件；以及一套连接部分，其与第一部分或第二部分中的一个配合，用于接纳一套紧固件，来 将第一法兰部分和第二法兰部分紧固在一起。从又一宽泛的方面，提供一种用于包括至少一个法兰部分的组件的连接部分，连 接部分包括邻接部分；以及接合部分，其连接到邻接部分，用于与至少一个法兰部分配合 并用于接纳紧固该组件的紧固件；其中当需要时，连接部分能从至少一个法兰部分轻易地 敲出。当结合附图评阅下述本发明的具体实施方案的描述时，本发明的其它方面和特征 对本领域普通技术人员很明显。


本发明的实施方案将参考附图仅通过实例的方式被描述，其中图Ia是法兰组件的实施方案的透视图；图Ib是连接部分的实施方案的轴测投影；图Ic是带有键槽的连接部分的另外一个实施方案的轴测投影；图Id是连接部分的实施方案的轴测投影，其中接合部分包括偏心部分，用于阻止 连接部分的旋转；图Ie是连接部分的另一个实施方案的横截面，其中接合部分不延伸到法兰主体 内；图加是法兰组件的实施方案的横截面，其中这套连接部分和这组洞对应地具有 锥形表面；图2b是法兰组件的另外一个实施方案的横截面，其中连接部分延伸穿过第一法 兰主体且延伸到第二法兰主体内；图3a到3d显示这样的实施方案，其中一个或多个凹槽被提供，用于将连接部分撬离第一法兰主体；图4是还包括防腐蚀护罩的法兰组件的实施方案的横截面；图fe是法兰组件的实施方案的横截面视图，其中第一部分具有用于接合第二部 分中的凹形部分的凸出物；图恥是法兰组件的另外一个实施方案的横截面视图，其中第一部分有凸出物，该 凸出物带有增加的干涉肋，用于接合第二部分的凹形部分；图5c是图恥所示实施方案沿线5c取得的视图；图5d是带有锥形接合部分的连接部分的轴测投影；图6是显示用于预先装配垫片的方法的一系列示意图；图7a到7d是显示带有护罩的法兰组件的一系列图形，此护罩接合第二法兰部分 的斜边；以及图8是带有部分护罩的连接部分的透视图。详述一般地，本发明提供一种接头组件或法兰组件，其包括提供改进的使用能力的连 接部分，而且在某些实施方案，该连接部分能改进抗腐蚀性。应理解的是，所描述的法兰组件能使用在需要法兰组件的任何环境，例如石油化 工业，水处理工业和特殊地，在汽车工业用于排气法兰。当用于汽车时，法兰组件和连接部 分，以及类似实施方案，能被用于任何法兰接头，在该处改进的使用能力将是有利的。如图la，法兰组件10的实施方案的透视图被显示。法兰组件10，或排气法兰，包 括第一部分12、第二部分22、一套连接部分或敲出部分(knock out) 18以及一套紧固件，例 如螺栓26。第一部分12具有第一或第一部分法兰主体14，该法兰主体14提供接口，用于 连接到第一管子16，该管子16可，例如，向发动机(没显示)的方向延伸。第一法兰主体 14也具有第一组洞15，用于接合这套连接部分18。第二部分20具有第二或第二部分法兰主体22，该法兰主体22提供接口，用于连接 到第二管子24。第二法兰主体22包括一组洞25，这组洞25对应于第一组洞15和连接部分18。当第一部分12和第二部分22配合时，这套紧固件沈插入到这组洞25和15中，而 且被这套连接部分18的相应的连接部分接合。尽管不显示在图1中，但是垫片可以放置在 第一部分12和第二部分20之间，以在两个表面之间提供较紧的密封，如下面参考图2、5、7a 和7b描述的那样。应理解，在可选择的实施方案中，当紧固件从第一部分12延伸出来的时 候，连接部分18能接合第二法兰主体22。如图Ib所示，这是连接部分的第一实施方案的透视图，连接部分18具有接合部分 9、邻接的或邻接部分8以及孔7，该接合部分9接合第一法兰主体14中的相应的洞或凹形 部分15，邻接的或邻接部分8邻接第一法兰主体14，而孔7接合相应的紧固件26。在优选 的实施方案中，接合部分9轴向地连接到邻接部分8。在一个实施方案中，孔7不完全延伸 穿过邻接部分，保护接合的紧固件沈免于碎片，而且连接部分18能固定到第一法兰主体 14，以使它们在第一部分12的运输中不脱落。接合部分9的平坦部分限制或阻止连接部分 18旋转或减少在洞15内的量或旋转。此外，连接部分18也能以一种方式固定到第一法兰 主体14，以使当第二部分20从第一部分12拆卸时，连接部分18能从第一法兰主体14上轻 易地被敲出或撬开。连接部分18的移开允许新的部件，例如新的第二部分20，将在必要的 时候，相对容易地安装。如所了解的那样，在新的第二部分20安装之前，新的连接部分18 需要装配在第一法兰主体14内。在可选择的实施方案中，孔7完全地延伸穿过接合部分9 和邻接部分8，如图2b所示。在图Ic所示的另外的实施方案中，连接部分18能通过在一套连接部分18中的每 个的接合部分上提供键槽19或滚纹而固定到第一法兰主体14。在又一个实施方案中，图Id显示连接部分18，其中接合部分9包括同心部分6和 偏心部分4，该同心部分6相对于孔7是同心的，该偏心部分4相对于孔7是偏心的。连接 部分18旨在与第一法兰主体配合，该第一法兰主体相对应地做成能接收接合部分9的形 状。偏心部分6阻止连接部分18绕孔7的轴旋转。在另一个实施方案中，图Ie显示连接部分18，其具有限定圆形凹形空间的接合部 分9。在这个实施方案中，孔7至少部分地延伸穿过邻接部分8，但不穿过接合部分9。该圆 形凹形空间接合第一法兰主体14的对应地凸起部分13，产生压紧配合，该压紧配合阻止连 接部分18无意的脱落或旋转。然而，连接部分18能从第一法兰主体14上轻易地敲出或撬 开，用于改进使用能力。图加显示法兰组件10的另一个实施方案的横截面，其中该法兰组件10的第一部 分12和第二部分20处在配合位置。在本实施方案中，第一法兰主体14和第二法兰主体22 能由诸如碳钢的材料制成。如显示的那样，第一部分12利用在第一法兰主体14和第二法 兰主体22之间的垫片38与第二部分20配合，而且第一部分12和第二部分20通过一套紧 固件沈与一套连接部分18接合的方式锁定在合适位置。在这个实施方案中，一套连接部 分18中的每个包括锥形的接合部分30，而一组洞15中的每个有对应的锥形，以使当这套连 接部分18和第一法兰主体14被压在一起时，这套连接部分18与第一法兰主体14配合或 能固定到第一法兰主体14。在另外的实施方案中，一套连接部分18能通过在这套连接部分 18中的每个的接合部分上提供键槽19或滚纹而固定到第一法兰主体14。图2b显示法兰组件10的另一个实施方案的横截面，该法兰组件10的第一部分12 和第二部分20处在配合位置。在这个实施方案中，连接部分18的接合部分9大于第一部分12的宽度，而且延伸穿过第一部分12并进入第二部分20，第二部分20对应地凹入来接 收接合部分9。接合部分9将垫片38保持在合适位置，而且充当外部元件的阻碍物，为法兰 组件提供保护，使其免于引发腐蚀的碎屑。此外，接合部分9为法兰组件10提供附加承重 能力的来源。接合部分9与第二部分20的配合支撑接头免于偏移和弯曲，这在没使用更有 弹性的而且通常更贵的材料的条件下增加法兰组件10的强度。而且，当紧固件沈固定在 连接部分18内时，较少的紧固件沈暴露出来且无保护，而且紧固件沈因此较少受高热和 拉伸的影响，而法兰组件通常会经历高热和拉伸，特别是在汽车环境里。这使得为在高热条 件下有更多常规拉伸的紧固件26挑选材料成为可能。在大多数已知的法兰组件中，没有连 接部分18，因而紧固件沈的端部暴露在第一法兰主体的边缘之后。这能导致在操作条件 下，对紧固件26更快的磨损和撕裂或损害。如图3a到3d所示，几个实施方案被显示，其中连接部分18接合第一法兰主体14 中的洞。图3a显示一实施方案的横截面，其中法兰主体14的边缘包括靠近连接部分18的 凹槽32。在这个实施方案中，连接部分18能通过使用诸如螺丝刀、钳子或类似工具的工具 而从第一法兰主体14和紧固件沈脱离，因为凹槽32提供能插入工具的凹形进入区域。如 图北到3d显示的那样，法兰主体14能包括至多3个凹槽，或狭槽，其中工具能插入来将连 接部分18撬离第一法兰主体14。可选择地，当维修时，也能根据需要使用不同的方法来从第一法兰主体14敲出一 套连接部分18。在一种方法中，紧固件沈能被移开或拧松，且连接部分18被敲出。在另一 种方法中，紧固件26的顶部能被切掉且紧固件沈的杆和连接部分18被从洞中敲出。在又 一种方法中，连接部分18能通过从第一法兰主体14中拉出连接部分18的方式而移开。如图4，法兰组件40的另一个实施方案的横截面被显示。在这个实施方案中，法兰 组件40包括第一部分42和第二部分44，这两部分分别地包括第一法兰主体46和第二法兰 主体48。第一部分42和第二部分44通过一套紧固件52保持在合适的位置，而紧固件52 通过一套连接部分M锁定在合适的位置。第二法兰主体48优选地由诸如碳钢的材料制成， 而第一法兰主体46也由碳钢制成，而防腐护罩50或外壳由不锈钢制成。护罩50协助保护 法兰组件40，使其不受外部条件影响，例如环境或引起腐蚀的碎屑。护罩50能放置在第一 法兰主体46的上面或能结合、固定或紧固到第一法兰主体46。垫片能插入到两个法兰主体 之间，以在法兰主体的表面之间提供较紧的密封。应理解，在可选择的实施方案中，护罩能 应用到第二法兰主体48。在可选择的实施方案中，防锈能应用在护罩和第一法兰主体46之间，来提供进一 步的防腐蚀保护。在又一个实施方案中，为了减少进入护罩50和第一法兰主体46之间的 引发生锈的碎屑的量，人们能敲击护罩50和第一法兰主体46之间的边缘，来提供更好的密 封。如图5a，显示第一部分62和第二部分66之间的配合的另一个实施方案的横截面 被显示。第一部分62的第一法兰主体60与第二部分66的第二法兰主体64配合，同时垫片 68位于其间，来在第一法兰主体60和第二法兰主体64的表面之间提供较紧的密封。连接 部分70，具有锥形接合部分72，位于第一法兰主体60的洞内，用于接纳紧固件(没显示)， 该紧固件将第一法兰主体60和第二法兰主体64锁定在合适的位置。第二法兰主体64包 括凹形部分76，该凹形部分76接纳凸出物74，该凸出物74从第一法兰主体60延伸出来。该凸出物74能延伸多达法兰接头的全部厚度，而且凸出物74与凹形部分76的配合帮助第 一部分60和第二部分66互相对齐，从而在法兰组件的装配中充当用于固定垫片68的干涉 肋(interference rib)，而且在装配之后，将垫片68保持在合适位置。此外，凸出物74与 凹形部分76的配合通过支撑接头免于偏移和弯曲而为法兰组件提供附加的承重能力，这 在没使用更有弹性的而且通常更贵的材料的条件下增加法兰组件的强度。这个实施方案的优势是，当凸出物74承受系统的负荷时，对于紧固件要求的强度 减少了。凸出物74也提供法兰组件的保护，使其免于引发腐蚀的碎屑，因为它充当外部元 件的障碍物。在另外的实施方案中，连接部分70能对经过第一法兰主体60的邻接边缘的 紧固件提供更多的覆盖。在可选择的实施方案中，第一法兰主体60包括凹形部分，用于接 纳从第二法兰主体64延伸的凸出物。在更早讨论的和图2b所示的可选择的实施方案中，替代凸出物74是第一法兰主 体60的一部分，通过将连接部分70的接合部分延伸进入第二法兰主体64的凹形部分76， 该凸出物74由连接部分70提供，该凸出物74包括多达法兰接头的全部厚度。图恥显示另外的实施方案，其中凸出物74具有增加的干涉肋75，该增加的干涉肋 75通过在装配法兰组件的过程中和之后干涉配合的方式将垫片68保持在合适位置。图5c 显示图恥所示第一法兰主体60沿线5c取得的视图，其中凸缘75从凸出物74延伸。在图5d中，连接部分70的另外的实施方案被显示。在这个实施方案中，连接部分 70包括充当锁定特征的主要扭矩特征。一个优势是将这个特征放在连接部分70上而不是 放在法兰组件的其它部分上更有成本效益，因而降低总体法兰和/或法兰组件的成本。如图6所示，提供一种预先装配垫片的方法。垫片80最初放置在凸出物82上方， 该凸出物82位于法兰主体84上，通常是更换法兰主体上。随后，垫片80能被卷曲，以使垫 片80的边缘轻微地向下弯曲，以便垫片稍微锁在合适位置。如图7a到7d所示，另一个实施方式的局部视图被显示。在图7a中，法兰组件90 包括第一法兰主体92和第二法兰主体94。垫片96位于第一法兰主体92和第二法兰主体 94之间，以便在两个法兰主体装配在一起时帮助在两个法兰主体之间提供较紧的密封。第 一法兰主体92包括为法兰组件90提供附加保护的护罩98。护罩98类似于在图4讨论的 护罩50。在一个实施方案中，当由碳钢或不锈钢和六边形硼氮化物(“hBN”)的混合物制成 法兰时，当法兰被烧结时，hBN材料上升到远离碳钢或不锈钢的表面，来在法兰主体周围提 供保护的外部护罩，以使护罩98由hBN制成。护罩98或外壳，通过保护接头免于引起腐蚀 和/或侵蚀的碎屑而减少或阻止腐蚀。一般地，hBN材料提供优于常规的碳钢或不锈钢的 改进的保护。如图7b中所显示，当第一法兰主体92向第二法兰主体94推进时，护罩98接触第 二法兰主体94的倾斜部分100，来当紧固件完全地接合连接部分时产生保持在合适位置的 密封。某些情况下，当护罩98与第一法兰主体92 —起运送时，护罩98的边缘能在运输 中损坏，因为护罩的一部分挂在第一法兰主体92的边缘上。图7c和7d显示一种避免这样 的损坏的方法。图7c显示这个实施方案，其中在运送之前，护罩98以在第一法兰主体92 和护罩98之间有小间隙102的方式放置于第一法兰主体92上，而且以充足的摩擦保持在一起，以在运输之中保持完整，但不足以阻止在装配中紧固件拧紧法兰。以这种方式，护罩 98的边缘与第一法兰主体92的边缘对齐，以便更少地担心或害怕护罩98的边缘将在运输 中损坏。在这个位置，连接部分104能部分地与在第一法兰主体92中的洞接合。如图7d中所显示，一旦第一法兰主体92和护罩被运送，紧固件能与连接部分104 配合拧紧，从而使第一法兰主体92和第二法兰主体94相对于彼此紧固，而且在护罩98和 第二法兰主体的倾斜部分100之间形成密封。第一法兰主体92和第二法兰主体94之间的 密封减少或阻止引起腐蚀的碎屑进入接头。尽管没显示，但垫片也能位于第一法兰主体92 和第二法兰主体94之间，以提供更紧的密封。如图8所示，具有部分护罩112的连接部分110的实施方案的透视图被显示。与 其它实施方案中一样，连接部分110的接合部分114插入法兰主体的洞中，以接纳紧固件， 该紧固件用于将法兰部分紧固在一起，以形成法兰组件。当连接部分110接合法兰主体时， 部分护罩112部分地遮盖在第一法兰主体和第二法兰主体之间的接头部分，以保护法兰组 件免于可能的腐蚀和侵蚀。在这个实施方案，部分护罩112位于最易受腐蚀或侵蚀的区域 上方，用于使法兰组件成本有效。例如，如果连接部分110用于图如显示的实施方案中，部 分护罩112提供用于第一法兰主体60和第二法兰主体64之间的接头的遮盖。在另一个实施方案中，法兰主体能由粉末金属加工而成，以使法兰主体中的洞能 做成任何尺寸。以这种方式，洞能成形成适合于任何形状或尺寸的紧固件或连接部分。此 外，凸出物能是任何尺寸或形状。因此，凸出物和洞的几何结构可选择成，改变法兰组件的 承载特性，以满足不同环境的承载要求。例如，正像I型梁被设计成承受弯曲负荷，凸出物 的几何结构能被设计成承受具体的法兰应用中的负荷。在另一个实施方案中，法兰主体能包括用于接纳一个或更多额外的销的装置，例 如由粉末金属加工而成的销或合销，以提高总体抗剪强度(sheer strength)。这也允许一 套紧固件中的每个缩小直径，因而提高法兰组件的成本效益。销可以是分离的部分或可以 与一个或两个法兰部分是整体。在又一个实施方案中，当由粉末金属加工法兰时，法兰主体的重量和成本能被控 制，因为承载要求由法兰组件的其它区域或部分来处理，而且有一种集中承载同时提供改 进的使用能力的改进方法。这能提高那些区域的重量，但是在少负荷的区域，这些区域的重 量结构能被相应地调整，以减少重量和成本。在另一个实施方案中，上面实施方案所描述的特征应用于歧管法兰(manifold flange) 0上面实施方案所描述特征的应用，包括在歧管法兰中，例如(1)冲压或管状/制 造法兰或(2)铸造歧管法兰中使用一套连接部分，提供优于常规的歧管法兰的改进的使用 能力。在本实施方案中，一套紧固件延伸穿过第一部件，或部分，像歧管法兰，和第二部件， 或部分，像发动机组。一套连接部分与第一部件或第二部件中任何一个接合或配合，而且接 纳一套紧固件，以将第一部件和第二部件紧固在一起。在前面的描述中，为了解释的目的，阐述了很多细节，目的是提供对本发明的实施 方案的彻底了解。然而，对本领域技术人员明显的是，为了实现本发明，这些具体的细节不 是必需的。更清楚的是，上面描述的本发明的实施方案旨在仅仅作为实例。本领域技术人 员能实现对特定的实施方案的改变、修改和变化，而不偏离如这里所附权利要求唯一限定 的本发明的范围。
权利要求
1.一种法兰组件，包括第一法兰部分，其具有用于接纳管子的第一端的接口 ；第二法兰部分，其具有用于接纳第二管子的接口 ；一套紧固件；以及一套连接部分，其与所述第一法兰部分或所述第二法兰部分中的一个配合，用于接纳 所述一套紧固件，以将所述第一法兰部分和第二法兰部分紧固在一起。
2.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述一套连接部分经由一套接合装置接合所 述第一法兰部分或所述第二法兰部分。
3.如权利要求2所述的法兰组件，其中，所述连接部分位于所述第一法兰部分或所述 第二法兰部分内。
4.如权利要求3所述的法兰组件，其中，所述一套接合装置选自由一组洞和一组凹形 部分组成的组。
5.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述一套连接部分能从所述组件轻易地移开。
6.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述连接部分包括邻接部分；以及接合部分，其用于与所述第一法兰部分或所述第二法兰部分中的一个配合并用于接纳 所述一套紧固件中的一个。
7.如权利要求1所述的法兰组件，其中，连接到所述第一法兰部分的所述管子的第二 端连接到发动机。
8.如权利要求7所述的法兰组件，其中，所述一套连接部分与所述第一法兰部分接合。
9.如权利要求8所述的法兰组件，其中，所述第一法兰部分包括凹槽部分，以使所述一 套连接部分中的每个能从所述第一法兰部分撬走。
10.如权利要求1所述的法兰组件，还包括遮盖所述第一法兰部分和所述第二法兰部 分中的至少一个的护罩。
11.如权利要求10所述的法兰组件，其中，所述护罩结合到所述第一法兰部分或所述 第二法兰部分。
12.如权利要求11所述的法兰组件，其中，所述护罩与所述第一法兰部分或所述第二 法兰部分是整体。
13.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述一套连接部分中的每个包括承载部分。
14.一种接头组件，包括第一部分；第二部分；一套紧固件；以及一套连接部分，其与所述第一部分或所述第二部分中的一个配合，用于接纳所述一套 紧固件来将所述第一法兰部分和所述第二法兰部分紧固在一起。
15.如权利要求14所述的接头组件，其中，所述第一部分是发动机组，且所述第二部分 是歧管法兰组件。
16.一种用于包括至少一个法兰部分的组件的连接部分，所述连接部分包括邻接部分；以及接合部分，其连接到所述邻接部分，用于与所述至少一个法兰部分配合并用于接纳紧 固所述组件的紧固件；其中，当需要时，所述连接部分能从所述至少一个法兰部分轻易地敲出。
17.如权利要求16所述的连接部分，还包括位于所述连接部分的周边周围的护罩部分。
18.如权利要求16所述的连接部分，其中，所述接合部分包括承载部分。
19.如权利要求16所述的连接部分，其中，所述接合部分轴向地连接到所述邻接部分。
20.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述一套连接部分与所述第一法兰部分或所 述第二法兰部分中的另一个配合来帮助所述法兰组件的承载。
21.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述一套连接部分与所述第一法兰部分或所 述第二法兰部分中的另一个配合来提供所述一套紧固件的热保护。
全文摘要
本发明涉及接头组件，该接头组件包括需组装在一起的第一部分和第二部分。第一部分和第二部分经由一套紧固件和一套连接部分紧固在一起。这套连接部分与第一部分或第二部分中的一个配合，而且接纳这套紧固件。
文档编号F01N13/08GK102057200SQ200980120751
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月6日 优先权日2008年4月4日
发明者凯里西·C·瓦苏德瓦, 斯蒂芬·W·迪安, 萨特纳姆·辛 申请人:马科斯泰克消费品有限公司