包括套环和密封件的用于连接管的夹紧系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于连接第一管和第二管的夹紧系统，该第一管和第二管的相对端部具有相对于所述两管的圆柱形外表面突出的支承表面，该系统包括套环和密封件，套环能够围绕管的支承表面而被夹紧。


背景技术：

2.专利ep 1 451 498、ep 2 598 785和ep 3 232 107公开了包括套环的夹紧系统，该套环具有能够通过减小其直径而被夹紧的带和预先安装在套环中的密封件。更具体地，该系统包括垫圈，该垫圈包括形成密封件的封闭环形部分和将该密封件与该套环连接的凸耳。该封闭环形密封件最初相对于套环的带保持，使得在密封件和带的内周边之间设置有空间，从而使得管的端部可以接合在密封件和带之间。然后，内管本身被接合以与密封件接触。该装置特别适用于夹紧装配在一起并具有径向突出表面的两个管子，该径向突出表面用作夹紧套环的支承部，该夹紧套环包括可以容纳这些径向突出表面的凹槽，该封闭环形密封件本身具有与这些突出相适应的形状。
3.特别地，这种密封件可以由不锈钢类型的金属以及套环的带制成。


技术实现要素：

4.对于一些应用，特别是在汽车领域中，尤其对于内燃机的排气管线而言，需要改进上述类型的密封件，以使得它们能够承受越来越高的温度。实际上，随着技术的发展，可能发生的是，管的温度，特别是它们与密封件接触的部分的温度会达到几百度，例如900℃甚至更高。然而，在这种温度与高夹紧应力相结合下，密封件的金属材料会失去保持密封所必需的部分弹性。较厚的金属密封件可以确保在高温和高夹紧应力下实现密封，但这种密封件造价昂贵、笨重，且在寒冷时效率较低。因此，如果夹紧系统用于连接形成车辆的热机的排气管线的一部分的两个管，则这种厚的密封件在发动机启动时几乎不会有效。
5.本发明旨在至少基本上克服上述缺点。
6.因此，本发明涉及一种用于连接第一管和第二管的夹紧系统，该第一管和第二管的相对端部具有相对于所述管的圆柱形外表面突出的支承表面，该系统包括可夹紧套环和密封件，该套环包括带，该带能够通过其内周与所述支承表面共同界定该支承表面可插入的凹槽，该密封件在该套环未夹紧状态下由该套环支撑，并且包括环形密封部分，该环形密封部分包括第一垫圈和固定至第一垫圈的第二垫圈，第一垫圈带有固定凸耳，固定凸耳与第二垫圈配合以相对于第一垫圈固定所述第二垫圈。
7.可选地，第一垫圈是金属的。
8.可选地，固定凸耳在第一垫圈中切出。
9.可选地，第一垫圈带有支撑凸耳，所述第一垫圈和所述第二垫圈通过该支撑凸耳相对于套环被支撑。
10.可选地，至少一些支撑凸耳与第一垫圈形成为一体。
11.可选地，至少一些固定凸耳在支撑凸耳中形成。
12.可选地，至少一些固定凸耳通过支撑凸耳的径向向内突出的部分形成，特别是通过翼折叠向支撑凸耳的纵向边缘形成或者在支撑凸耳中切出突片并向内弯折形成。
13.可选地，第一垫圈具有冲压截头圆锥形表面，第二垫圈形成为平面环，可以变形以匹配该截头圆锥型表面的截头圆锥体形状。
14.可选地，第二垫圈由复合材料形成。
15.可选地，第二垫圈由云母基材料形成。
16.可选地，第二垫圈包含矿物颗粒(特别是云母或石墨)以及粘合剂。
17.可选地，第二垫圈包括加强件，特别是金属加强件。
18.可选地，第一垫圈在所述第一垫圈的第一面上具有环形凸起，而第二垫圈抵靠所述第一面设置。
19.可选地，第二垫圈在所述第二垫圈的第一面上具有环形凸起，而第一垫圈的第一面和第二垫圈的第一面彼此抵靠设置，使得环形凸起可以接触。
20.可选地，第二垫圈还在其第二面上具有环形凸起，且第二垫圈的所述环形凸起可选地共同界定环形空间。
21.可选地，环形密封部分还包括固定至第一垫圈的附加第二垫圈，使得第一垫圈位于第二垫圈和附加第二垫圈之间。
22.根据本发明，该夹紧系统的密封件因此包括两个垫圈，两个垫圈通过第一垫圈带有的固定凸耳固定在一起。因此，两个垫圈通过机械手段固定在一起，不会随时间流逝而劣化，并且易于实施。固定凸耳不再需要除了第一垫圈之外的任何材料，且可以由第一垫圈直接制作。特别是，不需要利用胶将两个垫圈固定在一起。固定凸耳用于将两个垫圈固定在一起，同时能够允许在两个垫圈之间的微小运动，由此在夹紧期间有利于调节，以优化密封。
23.特别是，能够在两个垫圈之间避免材料厚度的存在，该材料厚度可能与通过焊接或粘接的固定相关并且会损害密封。
24.这两个垫圈的组合可以利用密封件的适当配置而相对于套环承载。密封所需的部分，即第一垫圈和第二垫圈，可以在考虑夹紧应力和相关温度水平的同时，轻松塑形以满足密封的需要。特别地，第二垫圈可以是金属的，或者包括适于在高温下保持弹性可变形性、并有助于在宽温域和宽应力范围内密封的材料，特别是云母基材料。该密封件可以是轻质的，第一垫圈部分赋予其强度和机械阻力，而非金属基部分有助于其效果，特别是在高温和高压范围下。
附图说明
25.图1是根据本发明的夹紧系统的从第一侧所看到的透视图。
26.图2是图1所示系统的从另一侧所看到的透视图。
27.图3是分解透视图，示出了分别表示的构成该夹紧系统的不同元件，以及待使用该系统组装的两个管的端部。
28.图4是在图1的平面iv中的轴向截面图，一方面示出了根据本发明的夹紧系统，另一方面示出了待使用该夹紧系统组装的两个管的端部。
29.图5是图1中所示的细节v的放大图。
30.图6是图2中所示的细节vi的放大图。
31.图7是图4中所示的细节vii的示图。
32.图8是替代实施例的与图4类似的部分轴向截面图。
33.图9是示出了密封件的一个变体的局部透视图。
34.图10是示出了一个变体的部分轴向截面图。
35.图11是示出一个变体的局部透视图。
36.图12是沿带的轴线所见的局部视图，示出了图11的变体。
具体实施方式
37.图1示出了包括带12的夹紧套环10，该带的端部被径向地升高，以便分别形成夹紧凸耳12a和12b。为了夹紧套环，通过夹紧螺钉14与夹紧凸耳12a和12b的配合来减小带的直径。螺钉的柄14b穿过夹紧凸耳中的孔，其头部14a与凸耳12a配合，并且相对端部设有螺母14c，螺母14c在这种情况下经由间隔件14d与凸耳12b配合。
38.带12具有设置在该带的两个侧翼12c和12d之间的内凹槽15(在图4中更明显)。密封件20设置在带的内部。如图4所示，该夹紧系统用于连接端部设有支承表面1a和2a的两个管1和2。为了连接这些管，将它们的端部结合在一起，直到它们轴向地位于凹槽15中，并减小带的直径，使得侧翼12c和12d压靠在支承表面1a和2a上。在这种情况下，支承表面1a和2a形成在管1和2的端部具有的径向凸缘上。如图所示，密封件20设置在套环内部。为了连接管1和2，管1a和2a的端部的前表面1'a和2'a置于密封件20具有的环形密封部分21的任一侧上。
39.在本发明的意义内，管1或2的前向方向是当它们的端部被带到一起以组装管时朝向另一个管2或1的方向。因此，支承表面1a和2a形成在管的端部具有的径向凸缘上。后向方向显然是相反的方向。对于元件而言，内向方向是朝向带的轴线a的方向。外向方向则相反。
40.该环形密封部分包括第一垫圈22和固定至该第一垫圈的第二垫圈24。在这种情况下，如通过综合考虑图1、图2和图3所理解的，该环形密封部分包括第一垫圈22、设置在该第一垫圈第一面上的第二垫圈24，以及设置在该第一垫圈另一面上的附加第二垫圈26。因此，第一垫圈22夹在第二垫圈24和26之间。
41.例如，第一垫圈22可以由与带12相同的金属制成，例如不锈钢。第二垫圈24、26可由金属或者非金属基的材料形成，特别是由复合材料形成。它们可以由云母基材料形成。它们可由相同材料或者不相同材料形成，例如一个由金属材料形成，另一个由例如云母基材料的复合材料形成。当它们是非金属基的垫圈时，第二垫圈可包含矿物颗粒(特别是云母或石墨)以及粘合剂。两个垫圈的厚度可以相同或者不同，不管它们是否由相同材料形成。第二垫圈可包括加强件，特别是金属加强件，用于支撑非金属材料，特别是云母或石墨基复合材料。例如，该加强件可以是细金属丝网。
42.垫圈24或26是“非金属基的”意味着该垫圈不包括金属，或者如果其包括金属，例如金属加强件，则金属的质量仅占该垫圈的一小部分，例如金属的质量不超过垫圈质量的40％，尤其不超过20％或30％。
43.第二垫圈24和26由第一垫圈22支承。因此，如图1至图3所示，第一垫圈22带有支撑凸耳，第一垫圈和第二垫圈通过该支撑凸耳相对于套环10而被支撑。因此，密封件被预安装
在带中，也就是说，在套环被放置在管上并被夹紧之前，密封件由套环支承，使得套环和密封件可作为整体被处理。
44.此外，第一垫圈还可以带有用于将配备有垫圈的套环预安装在待组装的管之一上的支撑凸耳。因此，由套环和密封件形成的组件可设置在一个管的端部，并在放置另一个管的端部并夹紧套环之前保持置于该端部。相同的凸耳可具有双重功能，即既用于将密封件预安装在带中，又将由套环和密封件形成的组件预安装在其中一个管的端部。这些支撑凸耳由第一垫圈22的外周(远离带的轴线a)支承。
45.在这种情况下，示出了三种不同类型的凸耳。从图7和图9中可以更好地看出，支撑凸耳30具有钩状弯曲端部30a，以便能够钩在带12的侧翼12c的边缘13上。在这些支撑凸耳30与第一垫圈22的外周22'的连接区域与钩30a之间，这些支撑凸耳30具有轴向段30b，该轴向段基本轴向延伸，也就是说基本平行于轴线a。如在图7中更好地看到的，一方面，轴向段30b具有钩接突片30c，该钩接突片在轴向段30b中切出，并通过沿从钩30a到第一垫圈22的外周22'的方向朝向其自由端延伸而径向内折叠。突片30c用于夹紧管1的支承表面1a上的垫圈，以保持预安装在该管端部的套环。可以看出，根据图4中所示的箭头r1，这些突片30c的取向可以防止管在管1的后向方向上从垫圈脱离。
46.此外，支撑凸耳30具有翼30d，翼30d从轴向段30b的纵向边缘径向向外折叠，也就是说，以便远离轴线a移动。此外，当密封件被预安装在垫圈中时，翼30d具有朝向钩30a的内表面并因此朝向带12的侧翼12c的内表面的保持边缘30d'。这些保持边缘30d'与钩30a的内表面间隔开。侧翼12c的边缘13容纳在这样布置在钩30a和保持边缘30d之间的空间中。这使得可以通过在两个轴向方向上保持第一垫圈22而相对于套环的带固定第一垫圈22。
47.支撑凸耳还包括支撑凸耳32，支撑凸耳32还在其自由端(该自由端与它们同垫圈22的外周22'附接的区域相对)具有钩32a。这些支撑凸耳32还包括轴向段32b，这些轴向段在这些凸耳至垫圈22和钩32a的附接之间基本轴向地延伸。这些支撑凸耳32还具有与前述突片30c类似的钩接突片32c。最后，这些支撑凸耳32还包括翼32d，但翼32d的方向与上述翼30d的方向相反。实际上，翼32d从轴向段32b的纵向边缘径向向内折叠。这些翼32d具有纵向边缘32d'，该纵向边缘通过使垫圈相对于管保持径向位移而有助于将套环预安装保持在管1的端部上。
48.第一垫圈还具有支撑凸耳34，如图1和3所示，凸耳34在其自由端(该自由端与垫圈22的外周22'相对)具有钩34a，还具有从该垫圈向这些钩延伸的轴向段。这些支撑凸耳34用于垫圈相对于带的成角度楔入，钩34a接合在带的侧翼12c的边缘13具有的凹口13a中。
49.通常，支撑凸耳30和支撑凸耳32交替地设置在垫圈22的外周上。这些凸耳30和32用于通过防止密封件相对于带沿与图4所示的方向r1相反的方向移动而钩在带12的侧翼12c的边缘13上。翼30d用于通过限制垫圈相对于带沿方向r1的移动而相对于带保持垫圈。这些凸耳以及凸耳32还具有用于将管的端部保持在垫圈内的突片30c或32c。凸耳32还具有用于使管相对于垫圈居中的翼32d。
50.特别是如图3所示，支撑凸耳30和32与第一垫圈形成为一体。实际上，该第一垫圈由一条带子通过切割、冲压和弯曲形成为一体。
51.在图1至图4所示的示例中，第一垫圈22与第二垫圈24和26基本上是平面的。实际上，凸缘的前表面1'a和2'a上形成有管1和2的支承表面，管1和2的支承表面上径向地定向。
52.然而，如例如在专利ep 1 451 498、ep 2 598 785或ep 3 232 107中所指出的，套环可以预安装在其支承表面为截头圆锥形的管上。在这种情况下，如图8所示，第一垫圈122可具有截头圆锥形表面，特别是冲压截头圆锥形表面。图8的横截面示出了具有垫圈122和与前述凸耳类似的支撑凸耳30、32和34的密封件120。带112类似于带12，但其侧翼112c和112b可像v形分支那样倾斜，以适于管101和102的扩口。实际上，管101的支承表面101a具有形成扩口的截头圆锥体形状，而管102的支承表面102a具有前面102'a，该前表面102'a也形成截头圆锥体表面，以便适应上述扩口。相对于截头圆锥形部分102'a在方向r2上形成在后部的支承表面102a在相反方向上也呈截头圆锥形，基本平行于带112的侧翼112b。如图所示，第一垫圈具有冲压截头圆锥形表面122a，其适应必须使用密封件120密封其连接的管的表面101'a和102'a的形状。第二垫圈124的一部分形成为平面环，该平面环可以变形以匹配第一垫圈122的截头圆锥形表面的截头圆锥形状。
53.当垫圈124由非金属基材料制成时，该垫圈124不能总被冲压。由于制造成本的原因，由平面板形成它是有利的。然而，在某种程度上，最初为平面的(平面制造的)非金属基垫圈可以发生变形以匹配垫圈122的表面122a的截头圆锥形状。
54.例如，对于最初为平面的非金属基垫圈，由管的前述截头圆锥形表面相对于垂直于轴线a的方向形成的角α最大为20
°
。例如，通过使用最初不是平面的，但可以通过例如加热相应成形的第二垫圈(特别是当它是包含可热成型粘合剂的垫圈时)，可以获得45
°
的更大角。
55.与第一垫圈22不同，第二垫圈24可以是纯环形的，没有固定凸耳等。第二垫圈由第一垫圈22支承。第二垫圈24通过由第一垫圈22带有的固定凸耳固定到第一垫圈22上。第二垫圈24可以通过不使用诸如胶的外部材料，而通过纯机械部件由第一垫圈22支撑。因此，在图1和图5中，可以看到第一垫圈22具有固定凸耳36，固定凸耳36由该垫圈的切口形成，该切口在轴向上伸直以形成其自由端朝向轴线a取向的突片。因此，这些固定凸耳36用于通过与第二垫圈24的外径向边缘24a配合而楔入并固定第二垫圈24。类似地，如图2和图6所示，第一垫圈22具有固定凸耳38，固定凸耳38与固定凸耳36类似，但轴向定向在另一侧上以固定位于垫圈22的另一表面上的附加第二垫圈26。
56.在该示例中，固定凸耳36或38通过垫圈24或26的外径向边缘来固定垫圈24或26。当然，还可以提供类似但通过垫圈的内径向边缘固定这些垫圈的凸耳，或与垫圈24和26的内径向边缘和外径向边缘配合的凸耳的组合。
57.如图10至12所示，第一垫圈的支撑凸耳可以包括固定凸耳，以相对于第一垫圈固定第二垫圈。
58.因此，图10示出了具有一个支撑凸耳32和一个支撑凸耳34的第一垫圈22。图10还示出了第二垫圈24，其外径几乎与第一垫圈22的外径相等，只是略小。因此，第二垫圈24的外边缘24a基本上延伸到限定第一垫圈22的外边缘的圆圈，在支撑凸耳之间。从图10中可以看出，支撑凸耳34，或者更具体地说，其轴向段34b，有一个钩片34c，形成了第二垫圈24的固定凸耳。该固定凸耳34c是在轴向段34b中切出的，其靠近钩子34a的一端连接在轴向段34b上，而其另一端是自由的。固定凸耳34c可以在轴向段34b的圆周中心区域切出，或者相反，在后者的纵向边缘切出。固定凸耳34c在径向上向内弯曲。固定凸耳34c的自由端在径向上比第二垫圈24的外边缘24a位于更内侧，这使得它能够发挥其固定凸耳的功能。在组装两个
垫圈时，第二垫圈24的边缘24a和/或固定凸耳34c可以弹性地偏转，以使第二垫圈24的外边缘插入钩片34c的自由端之下。
59.支撑凸耳32的翼32d也可以充当第二垫圈24的固定凸耳。
60.这一点在图11和图12中看得最清楚，图中示出第二垫圈24的外边缘24a径向到达翼32d之下，在这些翼远离钩子32a的边缘与第一垫圈22的环形部分的外边缘之间设置的空间中。在组装两个垫圈时，第二垫圈的外边缘24a可以弹性地偏转，以使这个外边缘插入这个空间中。
61.第一垫圈22可具有环形凸起，或者通常具有环形凸出部，从而赋予其轴向变形的能力。例如，在图3中，可以看出垫圈22具有在其一个面上突出的环形凸缘(bead)22a，第二垫圈24抵靠该环形凸缘设置。第二垫圈24或附加第二垫圈26就其本身而言可以是完全平面的。它还可以具有环形凸起24a，特别是其凸度可以相对于垫圈22的环形凸起22a的凸度反向，并且其直径尺寸对应于凸起22a的直径尺寸。在这种情况下，当垫圈24组装到垫圈22上时，它们各自的凸起因此可以通过它们的凸起面接触，这是一种使得垫圈可以在凸起区域中的夹紧力下轴向变形以确保良好密封的方式。垫圈26可以就其本身而言具有环形凸起26a，该环形凸起26a的凸起方向可以与环形凸起22a相似，以便部分地“嵌入”该凸起中，在这种情况下，它更准确地说是垫圈的区域而不是在夹紧力作用下会变形的凸起。这些凸起也可以沿相反的方向。因此，如果考虑刚刚描述的垫圈22和24，则可以看出，它们各自第一面上的环形凸起彼此抵靠设置，使得这些环形凸起可以接触。也可以提供相反的情况，其中垫圈22的环形凸起22a取向相反，即在第二垫圈24的侧面形成空心的方向，并且第二垫圈24具有在垫圈22的相对侧突出的环形凸起使其凹面朝向垫圈22。因此，这两个环形凸起设置在垫圈的相对面上，并且当它们相联时，相应的环形凸起一起界定凹陷的环形空间。这是促进垫圈轴向变形以促进密封的另一种方式。
62.图9示出了一个示例，其中第二垫圈124实际上由固定在一起的两个简易垫圈123和123'形成，两个垫圈例如通过结合或者通过例如类似于上述固定凸耳36或38的机械固定式的固定凸耳固定在一起。这些简易垫圈123和123'中的每一个分别具有环形凸起123a和123b。因此，垫圈124不仅在其朝向第一垫圈22的第一面上，而且在相对的第二面上都具有环形凸起。环形凸起123a和123b设置在相同直径尺寸上，以便在它们之间设置环形空间124'。在图9中还可以看出，第一垫圈22具有在其第一面上突出的环形凸起22a，垫圈124抵靠该环形凸起设置，使得环形凸起22a和123a彼此抵靠设置。
63.与纯凸环形凸起不同，第一垫圈22可具有形成轻微弯曲的波浪或变形，使得第一垫圈的内径向边缘和外径向边缘轴向略微间隔开。这可以例如在图7中看到，其中第一垫圈22具有这种轻微弯曲部22b。设置在第一垫圈22的任一侧上的第二垫圈24和26最初可以是平面的并且可以在套环夹紧过程中发生变形以适应该弯曲部，或者最初就具有这种弯曲部。
64.第二垫圈(或简易垫圈)的凸出部、弯曲部或凸起可通过任何适当的方式制成，例如通过热成形，特别是当制成该垫圈的材料包括可热成形的粘合剂时。
65.在不存在凸起的区域中，在第一垫圈22的两个面之间轴向测量的第一垫圈22的厚度为例如0.2mm至0.8mm的量级，特别是0.2mm至0.4mm。以相同方式测量的第二垫圈的厚度可以是第一垫圈厚度的50％至200％，特别是120％至200％。