CN101384829A - 三脚接头单元的波纹管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种波纹管装置，借助于该波纹管装置作用的夹紧力可以尽可能均匀地传递到三脚接头单元的接头外部件上，一种这样的波纹管装置，包括一个波纹管(12)和适配环(14)，该波纹管(12)带有一个用于在轴上固定的第一连接区域(20)、一个用于在接头外部件(18)上固定的、构成旋转对称的第二连接区域和一个布置在第一和第二连接区域之间的波纹管区域(16)，该适配环(14)带有在横截面上与接头外部件的外部轮廓相匹配的内表面，其中波纹管由一种弹性材料构成，并且其中适配环(14)由至少第一种塑料材料(56)制造，该第一种塑料材料具有比波纹管的材料、大约相同或者更高的肖氏硬度。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括一个波纹管和一个适配环的三脚接头单元的波纹管装置、以及一种相应的适配环。
背景技术
三脚接头单元具有接头外部件，该接头外部件在它的敞开侧、在外圆周上、在横剖面中构成三叶形状，即按照带有3个凸起和3个凹槽的接头内部件的三脚辊颈和辊子布置在圆周上以均匀的分隔角构成。因此接头外部件具有叶形区域、平面区域、以及在叶形区域和平面区域之间的过渡区域。相应构成的接头外部件因此不能满足对旋转对称的波纹管直接绷紧的前提。因为通常的方式下由软管件吹制成型的波纹管基本上只能制作成旋转对称的，其中对于连接区域加厚的成型已经需要特殊的辅助装置。
由于这一原因通常使用波纹管装置，该波纹管装置包括一个适配环和一个波纹管，其中适配环和波纹管也可以是相互连接的单一部件。此外适配环可以用相应的构成的内表面套装在接头外部件的三叶形外表面上。
DE10123216A1公开了一种这样的波纹管装置，在该波纹管装置中适配环通过热熔焊或者通过粘接与波纹管部分相连接。此外在适配环的圆周上构成均匀分布的、带有径向加厚的区域，为了这里在接头外部件的叶形区域上提供相应的支承。由于在相应的加厚区域中材料的隆起，在借助于通常构成夹紧环或者其它的夹紧装置的连接器对波纹管装置固定时，在接头外部件上、在圆周上分布的、并且径向向内指向的均匀的压紧是不可能的。由此这里可能导致一个在适配环和接头外部件之间的不均匀的密封，因此污染物可能侵入三脚接头单元的内部。
EP0915264A2公开了另外一种在吹制成型方法下制造的波纹管装置，其中波纹管与适配环连接成一体。此外适配环在横截面上观察具有与接头外部件匹配的内壁部分以及圆柱形的外壁部分。在内壁部分和圆柱形的外壁部分之间设有径向走向的弹性拱肋，该拱肋的厚度大约相当于壁部分的厚度。然而在这样的适配环结构时，为了通过所说的拱肋的弹性达到在适配环和接头外部件之间足够好的密封，高度的径向压缩受到限制。
US6,672,596B2公开了一种包括一个波纹管和一个适配装置的波纹管装置，其中该适配装置由两部分构成，并且其中在适配装置的壁部分中优选的是使用了由金属构成的加固元件，由此在该波纹管装置固定时，借助于一个连接器在接头外部件上可以获得一个更均匀的向内指向的压缩。然而由于这样的加固元件在适配环的全部横截面上的不均匀的布置，这里在适配环和接头外部件之间的全部圆周表面上也只能达到一个不均匀的密封。
最后WO2005/010387A1公开了一种带有一个波纹管和一个适配环的波纹管装置，其中波纹管由一种塑料材料制造，该塑料材料的硬度大于适配环的材料硬度。通常根据现有技术这样的材料也被使用。通过适配环内圆周表面几何形状的特殊布置，用那里公开的波纹管装置应该可以提供足够的密封性。
发明内容
本发明的任务是提供一种波纹管装置，该波纹管装置一方面容易制造，并且另一方面同时在适配环的内圆周表面和构成三叶形接头外部件的外圆周表面之间的全部区域上提供一个均匀的密封。
该任务通过根据本发明的、三脚接头单元的波纹管装置获得解决，包括一个用于在轴上固定的、带有一个第一连接区域的波纹管，一个用于在接头外部件上固定的、构成旋转对称的第二连接区域，和一个布置在第一和第二连接区域之间的波纹管区域，以及一个带有在横截面上与接头外部件的外部轮廓相匹配的内表面的适配环，其中波纹管由一种弹性材料构成，其特征在于，适配环由至少第一种和第二种塑料材料制造，其中第一种塑料材料具有与波纹管材料大约相同或者更高的根据ISO868的肖氏硬度。
根据本发明的波纹管装置显示出优点，由于适配环使用的塑料材料至少大约相同或者更高的硬度、并且优选的是与波纹管材料相比不同的材料特性，通过连接器、例如夹紧箍产生的径向夹紧力直接传递到适配环的内表面上，在适配环中没有发生材料的塑性流变。此外有利的方式是适配环由至少第一种和第二种塑料材料制造。在这样的至少两种材料的适配环结构时，适配环可以根据使用条件优化地构成。这样的至少两种材料、此外优选的是正好两种材料的适配环例如可以通过多组分注塑地制造。但是其它的制造方法也是可行的，例如注塑吹制成型。此外有利的方式是适配环可以与波纹管连接成一体，其中这一目的例如通过借助于注塑吹制成型的联合制造、或者但是例如也可以借助于适配环事后在波纹管中的粘接达到。但是所有适配环与波纹管连接的其它的方式和方法也是可行的，包括尤其是在DE10123216A1中公开的两种零件的相互形状配合啮合或者传力啮合的可能性。
有利的方式是适配环背向接头外部件的一侧至少部分地、优选的是完整地由第一种塑料材料制造，第一种塑料材料具有比第二种塑料材料更高的肖氏硬度。此外尤其是第一种塑料材料可以与波纹管材料化学成分类似地、优选的是化学成分相同地构成，这里为了避免直接连接的材料的不相容性。然后夹紧力通过波纹管连接区域的较软的材料首先传递到适配环的第一种较硬的塑料材料上，并且紧接着传递到适配环的第二种较软的塑料材料上。本发明的发明人清楚地看到，与在现有技术中存在的偏见相反，在构成三叶形接头的波纹管装置、在同时良好的密封时、夹紧力的均匀的传递恰恰要求适配环的与构成三叶形接头外部件的外圆周表面不相邻的材料必须具有比波纹管或者全部波纹管的连接区域的材料更高的肖氏硬度。因为恰恰通过具有更高的肖氏硬度材料的设计实现了夹紧力没有路程损失的、到接头外部件外圆周表面的非常均匀的传递，并且不仅在平面的区域中、而且在叶形区域中、并且在布置在它们之间的过渡区域中，该区域全部构成接头外部件的外部轮廓。这里为了使进一步的优化成为可能，此外有利的方式是可行的，适配环的壁厚由两种塑料材料构成双材料，其中适配环的壁厚至少大约10％、优选的是至少大约30％、进一步优选的是至少大约50％由第一种、并且与此同时具有较高的肖氏硬度的塑料材料构成。此外进一步优选的是，第二种塑料材料在适配环的内侧尤其是完全平面地、优选的是以至少1％的壁厚、优选的是以在大约1％至大约40％的范围内的壁厚、更进一步优选的是以在大约2％至大约30％的范围内的壁厚布置，以使它直接紧贴在接头外部件的外圆周表面上。此外第一种和第二种塑料材料的材料厚度在全部横截面上、尤其是与邻接的过渡区域或者平面区域相比、在接头外部件的叶形区域中可以波动，其中优选的是在过渡区域中设有第二种塑料材料的最薄的材料厚度。但是鉴于根据本发明的波纹管装置的尽可能简单的制造，也可以在适配环的内表面上布置一个厚度均匀的具有较低的肖氏硬度的第二种塑料材料层。在本发明意义下的肖氏硬度根据ISO 868确定，其中根据使用的塑料材料确定肖氏A硬度或者肖氏D硬度。肖氏A硬度或者肖氏D硬度在关系上可以通过比较表相互确立。
有利的方式是肖氏硬度、尤其是第二种塑料材料的肖氏A硬度比第一种塑料材料的肖氏A硬度至少低10％、进一步优选的是至少低20％、更进一步优选的是至少低25％。
此外进一步优选的是第二种塑料材料的肖氏硬度大约等于对波纹管连接区域的构成使用的塑料材料的肖氏硬度。进一步优选的是第一种塑料材料的肖氏A硬度或者肖氏D硬度至少大约超过波纹管材料的肖氏A(D)硬度10％，进一步优选的是至少大约超过20％、更进一步优选的是至少大约超过25％。此外优选的是第一种塑料材料的肖氏D硬度在至少大约40、进一步优选的是在至少大约50、更进一步优选的是在至少大约55。
在一种根据本发明的波纹管装置的优选的结构形式中，适配环具有在它朝向接头外部件的内表面上布置的、至少一个、优选的是正好两个密封唇，该密封唇优选的是由第二种塑料材料构成。此外密封唇可以正常地、但是也可以断续地布置在适配环的内圆周表面上。发明人清楚地看到，这产生非常均匀的夹紧力的传递，当只是至少一个密封唇由较软的第二种塑料材料制造，但是另外适配环由第一种更硬的塑料材料制造时。但是当然也可以规定，尤其是朝向接头部件的适配环的内侧，即对于密封唇附加地、由第二种塑料材料、必要时也在不同的材料厚度下配备同样完整的平面。
有利的方式是第一种塑料材料由一组包括聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛树酯(POM)、聚酰胺(PA)、线性聚酯(尤其是聚对苯二酸丁二酯(PBT))和/或者醚酯型热塑弹性体(TEEE)的材料选择。此外第一种塑料材料也可以由前面所提到的塑料材料的异分子共聚物、嵌段聚合物或者随机嵌段共聚物构成。有利的方式是波纹管的材料由一种热塑性弹性体材料(TPE)、并且尤其是由一种醚酯型热塑弹性体(TEEE)、并且因此可以由一种与第一种塑料材料相同的材料构成。然而此外优选的是第一种塑料材料具有比波纹管的塑料材料更高的肖氏硬度。
有利的方式是第二种塑料材料由一组包括热塑链烯烃、聚氯丁二烯和/或者热塑性弹性体材料(TPE)、尤其是甚至热塑性硫化橡胶(TPV)、甚至较低硬度的醚酯型热塑弹性体材料构成。
此外第一种塑料材料与第二种塑料材料不同具有各自根据ISO527标准测量的、提高的抗拉强度值、断裂伸长度值和抗拉模量值。优选的是第一种塑料材料的抗拉强度至少超过不管是波纹管材料、还是第二种塑料材料的抗拉强度大约10％、优选的是至少大约20％。优选的是第一种塑料材料的抗拉强度大约为16兆帕，进一步优选的是至少大约为18兆帕。
优选的是第一种塑料材料的断裂伸长度在至少大约150％(每分钟1毫米)，进一步优选的是至少170％(每分钟1毫米)。第一种塑料材料的抗拉模量优选的是在至少大约45兆帕，进一步优选的是至少大约50兆帕，更进一步优选的是至少60兆帕，并且优选的是在大约45兆帕至大约140兆帕的范围内，进一步优选的是在大约60兆帕至大约125兆帕的范围内。与此相对应第二种塑料材料的抗拉模量小于45兆帕。优选的是适配环的第一种和/或者第二种塑料材料没有粘结剂。第一种塑料材料的熔点优选的是在至少180℃，进一步优选的是在至少200℃。
此外本发明涉及一种如前面所定义的、用在三脚接头单元中的适配环，尤其是一种适配环，该适配环必要时在与至少由第二种塑料材料构成的、部分平面的内表面的继续的组合中、至少构成一个由第二种塑料材料制作的密封唇，该内表面直接贴在接头外部件的外圆周表面上，其中这里在适配环壁中也可以存在第二种塑料材料的不同的材料厚度，并且否则由第一种、并且与构成波纹管的材料相同或者比构成波纹管的材料更硬的塑料材料组成。
附图说明
本发明的这些和另外的优点将借助于下面的附图进一步说明。其中：
图1所示是一个布置在接头壳体外部件上的、根据本发明的波纹管装置的透视剖面图；
图2所示是一个在透视图中、根据图1所示的适配环；
图3所示是一个在剖面图中、根据图2所示的适配环；
图4所示是一个适配环的另一种结构形式；
图5所示是一个根据图4所示的、带有密封唇的、由第一种塑料材料制作的适配环；
图6所示是根据图4所示的、带有密封唇和由第一种塑料材料构成的、完全平面的内表面的适配环。
具体实施方式
首先要先说明一下，在附图中表示的特征不局限于单独的布置。相反地为了继续改进，各自在包括附图说明和附图在内的描述中说明的特征可以相互组合。相同的特征在这里用同样的附图标记表示。尤其是本发明的内容不局限于在附图中表示的适配环的结构。相反地这里可以使用适配环的所有其它的可能的布置，尤其是这种带有材料隆起的区域的具有特殊结构的适配环，该适配环卡入接头外部件的叶形区域，例如在EP0915264A2或者WO2005/010387A1中公开的。
图1表示了一个全部用附图标记10表示的根据本发明的、由一个带有波纹管区域16和一个连接区域22、一个适配环14和一个连接器32的波纹管12组成的波纹管装置，该连接器例如构成夹紧箍。在图1中波纹管12的第一连接区域未表示，该连接区域用于在一个这里同样未表示的轴上的固定。为此例如可参阅DE10123216A1的公开文件。
接头外部件18具有三个叶形区域26，该叶形区域这里仅仅表示了一个，和相应地三个平面区域30，其中过渡区域28.1布置在叶形区域26和平面区域30之间。三叶接头外部件总共具有6个过渡区域28.1至28.6(这里未表示)。由此确定的接头外部件的外轮廓在横截面上看与适配环14的内表面24相匹配。
连接区域20具有一个带有连接器配合面23的连接器支座22，一个例如构成夹紧箍的连接器32卡入该连接器配合面。此外连接区域20包括一个环形凸起34，该环形凸起卡入适配环14的凹槽36中，并且使它的接头侧边缘21贴紧在相应构成的适配环14的凹槽36的壁上。
此外根据图1所示的波纹管装置10具有一个波纹管12的连接过渡区40和适配环14的连接过渡区42，由此使波纹管12尽可能大的活动性成为可能。此外适配环14具有一个凸肩25，该凸肩环绕着卡住接头外部件18的边棱，以便使可靠的配合成为可能。此外适配环14具有两个密封唇44.1和44.2，该密封唇在横截面上看大约构成三角形，但是也可以具有所有其它的结构，例如半圆形或者另外的结构。该密封唇44.1和44.2由第二种具有较低的肖氏A硬度的塑料材料制造，例如具有大约60至大约80的肖氏A硬度，相当于大约25至大约35的肖氏D硬度，这在图1中通过涂黑说明。适配环14的其它的塑料材料具有一个与此相比较高的肖氏硬度，这对于波纹管12使用的塑料材料同样可以是这种情况。此外适配环由硬的、具有例如大约50的肖氏D硬度的、第一种塑料材料构成。
图2表示了根据图1所示的透视图下的适配环，其中可以清楚地看出，适配装置14具有一个外圆周表面41、以及一个校准装置52，该校准装置构成环形凸肩，并且用于根据图1所示的连接器32的校准。适配装置14总共具有3个平面的支承面46.1、46.2和46.3，和3个构成叶形的支承面48.1、48.2和48.3，用该支承面适配装置14紧贴在这里未表示的接头外部件18上。在对接头外部件的平面的和叶形的区域补充的、适配环14的区域之间总共布置了6个过渡区域50，其中这里仅表示了一个。此外图2所示可清楚的得知，支承面46.1至46.3和48.1至48.3具有密封唇44，该密封唇不贯穿地布置在适配环14上，并且由第二种塑料材料制造，该塑料材料不仅具有比在适配环14上设有的其它塑料材料更低的硬度，而且优选的是具有比这里未表示的波纹管12的塑料材料更低的肖氏硬度。
图3表示了一个根据图2所示沿着剖面I-I的适配装置的剖视图，其中这里可以特别清楚地看出在适配装置14的叶形或者平面支承面上密封唇44的布置。在图1至图3中表示的波纹管装置10中全部涉及到一个这样的布置，在该布置构成的连接器配合面23部分地通过适配装置14和部分地通过波纹管12的连接区域20。通过这样的连接器支座22的分配使有可能提供一个系统，在该系统中，在波纹管12的接头外部件侧的连接区域20的区域中、在作为整体的状态下可以实现更小的系统的横截面。因为通过在适配环14和波纹管12的连接区域20之间的连接器配合面23的分配可以预先计划在接头外部件的过渡区域28中减少材料，该过渡区域被布置在接头外部件的外圆周表面上、在接头外部件的平面区域30和叶形区域26之间，由此波纹管装置10的结构高度被降低。
那么图4表示了一个适配装置14的可选择的结构形式，该适配装置不具有如前面所描述的连接器配合面23的分配。适配环14同样具有平面的支承面46和叶形支承面48，其中过渡区域50布置在平面的支承面46和叶形支承面48之间。在上面的区域中根据图4所示的适配环14具有几个圆环形的凹槽。
那么图5表示了一种根据图4所示的适配环14的双材料结构，装配在接头壳体外部件18上。此外两个密封唇44由第二种塑料材料54、例如聚氯丁二烯构成，反之另外适配环14的材料由第一种塑料材料56构成，该塑料材料具有比第二种塑料材料54更高的肖氏硬度，并且此外由一种不同的塑料材料、例如聚酰胺制造。
在图6中表示了一种对此可选择的结构形式，适配环14在它的全部的、朝向接头外部件的内表面24上具有第二种塑料材料54，该塑料材料同时构成密封唇44。此外第二种塑料材料54占据大约适配环14的全部壁厚的30％。
如通过图5和图6说明的，波纹管12可以用它的连接区域20和在该连接区域上布置的环形凸起34卡入凹槽36中，其中那么与根据图1至图3所示的结构形式不同，相应构成的波纹管12的连接区域20提供了全部的连接器配合面23。
有利的方式是用本发明能够提供一种相对费用低廉的、不用使用昂贵的、例如金属加固元件或者类似的东西的、带有适配环的波纹管装置，该适配环非常均匀地传递在固定装置、尤其是包括压紧环和夹紧箍的夹紧元件中施加的夹紧力，并且使得在波纹管装置的接头外部件上获得一个可靠的和密封的配合。
Claims (16)
1.三脚接头单元的波纹管装置(10)，包括一波纹管(12)以及一适配环(14)，该波纹管(12)带有一用于在轴上固定的第一连接区域、一用于在接头外部件(18)上固定的、构成旋转对称的第二连接区域(20)，和一布置在第一和第二连接区域(20)之间的波纹管区域(16)，该适配环(14)带有在横截面上与接头外部件(18)的外部轮廓相匹配的内表面(24)，其中波纹管(12)由一种弹性材料构成，其特征在于，适配环(14)由至少第一种和第二种塑料材料(54，56)制造，其中第一种塑料材料比波纹管(12)的材料具有大约相同或者更高的根据ISO868的肖氏硬度。
2.根据权利要求1所述的波纹管装置，其特征在于，适配环(14)背向接头外部件(18)的一侧至少部分地由第一种塑料材料(56)制造，第一种塑料材料具有比第二种塑料材料(54)更高的肖氏硬度。
3.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，第二种塑料材料(54)的肖氏A硬度比第一种塑料材料(56)的肖氏A硬度至少低10％。
4.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，适配环(14)的壁厚至少大约10％由第一种塑料材料(56)构成。
5.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，适配环(14)的内表面(24)完整地由第二种塑料材料(54)构成。
6.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，适配环(14)具有在它内表面(24)上布置的、至少一个密封唇(44)，该密封唇由第二种塑料材料(54)构成。
7.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，第一种塑料材料(56)的肖氏A硬度大约超过波纹管材料的肖氏A硬度10％。
8.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，波纹管(12)与适配环(14)构成一个整体。
9.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，第一种塑料材料(56)由一组包括聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛树酯、聚酰胺、线性聚酯和/或者醚酯型热塑弹性体的材料选择。
10.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，波纹管(11)由一种热塑性弹性体材料构成。
11.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，适配环(14)的第二种塑料材料(54)选自一组包括热塑链烯烃、聚氯丁二烯和/或者热塑性弹性体的材料。
12.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，第一种塑料材料(56)的、根据ISO527的抗拉强度至少超过波纹管材料的抗拉强度大约10％。
13.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，第一种塑料材料(56)的抗拉强度至少大约为16兆帕。
14.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，第一种塑料材料(56)的肖氏D硬度至少大约为40。
15.根据前面的权利要求中任一项所述的波纹管装置，其特征在于，至少由第一种和第二种塑料材料(54，56)组成的适配环(14)被通过多组分注塑制造。
16.根据前面的权利要求1至15中任一项所述的适配环。
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