KR20220091574A - 밀봉 플러그 - Google Patents

Abstract

밀봉 플러그가 스템(200) 및 슬리브(12)의 조합을 포함하고, 스템은 외부 테이퍼(50)를 갖도록, 그에 따라, 셋팅 도구에 의한 플러그의 설치 시에, 슬리브 재료가 슬리브(12)와 테이퍼(50) 사이의 갭(52) 내로 유동하여 슬리브와 스템이 함께 결속되는 것을 보조하도록, 설계된다. 또한, 도구 노우즈피스(30)는, 슬리브(12) 재료가, 초기에 설치 시에, 반경방향 외측으로 유동하여, 플러그가 내부에 설치되는 한쪽이 막힌 홀(34) 내로의 플러그의 결속을 실시하도록 설계된 원뿔형 테이퍼를 갖는다.

Description

밀봉 플러그

본 발명은 한쪽이 막힌(blind) 설치 환경에서 이용되는 것과 같은 밀봉 플러그에 관한 것이고, 특히, 비록 비배타적이지만, 유압 유체 밀봉 및 유동 제어 적용예에서 사용될 수 있는 것과 같은 비-나사산형 플러그(unthreaded plug)와 관련성을 갖는다. 본 발명은 또한 이러한 한쪽 막힘형 밀봉 플러그와 함께 이용하기 위한 설치 도구 및 그러한 플러그의 적용 방법에 관한 것이다. 한쪽이 막힌 설치는, 밀봉 플러그가 삽입되는(그리고 이를 위한 유밀 밀봉을 제공하는) 홀에 대한 접근이 하나의 측면으로부터만 가능하다는 것을 의미한다.

한쪽 막힘형 밀봉 플러그는 일반적으로 한쪽이 막힌 홀 내의 재료의 반경방향 팽창의 원리로 동작한다. 플러그의 반경방향 팽창은 홀을 차단하고, 그에 의해서 유체가 밀봉된 플러그를 지나서 유동하는 것을 방지한다. 일반적으로 밀기 및 당기기의 2가지 유형의 팽창 작동이 있다. 각각의 경우에, 홀 내에서 팽창되는 재료보다 상대적으로 더 경질인 재료를 사용하여, 비교적 연성인 팽창 재료가 홀 내에서 반경방향 외측으로 유동하게 한다. 밀기 방법에서, 플러그가 셋팅된 후에, 푸셔(pusher)가 종종 홀로부터 제거되는 반면; 당기기 방법에서, 풀러(puller)는 셋팅 후에 홀 내에 구속된다(captive). 이는 일반적으로, 풀러가, 내부에 형성된 소정의 구조적 취약부의 형태를 가지고, 그에 따라 풀러는 규정된 하중 하에서 파단되고 그에 의해서 풀러를 작동시키는 것으로부터 풀리를 분리하여, 플러그를 홀 내에 남긴다는 것을 의미한다.

알려진 밀봉 플러그의 당김 유형의 예가 EP-A-1,440,272에 개시되어 있다. 이는, 스템(stem) 주위에서 유지되는 슬리브로 구성된 밀봉 플러그의 형태를 개시한다. 스템은, 슬리브의 재료보다 상대적으로 더 경질인 재료로 형성된 헤드를 갖는다. 헤드는, 플러그를 한쪽이 막힌 홀 내에 셋팅할 때 슬리브 재료 내로 침투하기 위한 환형 돌출부를 수반한다. 환형 돌출부는, 슬리브 내에 일단 셋팅되면, 홀 내에 셋팅될 때 플러그의 헤드와 슬리브 사이에서 유밀 밀봉을 제공한다.

이러한 유형의 밀봉 플러그가 효율적으로 기능하지만, 변형되는 슬리브에 의한 점진적인 홀-충진 작용이 달성되도록 그리고 알려진 밀봉 플러그의 경우에서 발생될 수 있는 바와 같이 셋팅하는 동안 슬리브가 홀 내에서 축방향으로 이동하는 경향을 가지지 않도록, 한쪽이 막힌 홀 내의 셋팅을 위한 특성이 보다 제어되는 플러그를 제공하기 위해서 그 구성을 개선할 수 있다는 것이 발견되었다. 이는 또한 셋팅 중에 홀 표면에 대해서 힘을 받을 때 슬리브 재료가 보다 잘 구속될 수 있게 할 것이고, 그에 따라, 밀봉부가 홀로부터 빠지는 일이 없이, 1,600 bar 초과의 오일과 같은, 매우 높은 압력도 견딜 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은 이러한 단점을 극복하는 밀봉 플러그를 제공하는 것이고, 셋팅 동작 중에 그리고 그 후에 슬리브 내에서 보다 잘 유지되는 스템을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은, 그 양태 중 하나에서, 적절한 홀 내의 한쪽이 막힌 설치를 위한, 그에 의해서 홀을 플러깅하고 밀봉하는 밀봉 플러그를 제공하고, 이러한 밀봉 플러그는:

제1 축을 형성하고 주어진 외경을 가지는, 대체로 원통형인 중공형 슬리브;

근위 원통형 돌출부, 원위 헤드, 및 근위 원통형 돌출부와 원위 헤드 사이에 위치되는 중앙 부분을 포함하는 스템으로서, 스템 헤드는 중앙 부분의 외경보다 큰 외경을 가지고, 중앙 부분의 외경은 스템 근위 원통형 돌출부의 외경보다 크며, 스템은 제2 축을 형성하는, 스템을 포함하고;

스템 헤드는 슬리브의 재료보다 더 경질인 재료로 형성되고;

스템 중앙 부분은, 슬리브 내에 있을 때, 제1 및 제2 축이 동축적이 되도록, 스템 중앙 부분의 외부 부분과 슬리브의 내부 부분 사이의 마찰 결합에 의해서 슬리브 내에서 유지되도록 배열되고;

밀봉 플러그는, 스템 중앙 부분의 외경이 스템 근위 원통형 돌출부로부터 스템 원위 헤드로의 방향으로, 스템의 축에 대해서, 테이퍼링되고(taper), 그에 따라 스템 중앙 부분이 스템 헤드와 만나는 지점에서 최소 중앙 부분 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 스템 헤드는 스템 중앙 부분에 인접한 환형 쇼울더(annular shoulder)를 가지고, 환형 쇼울더는 반경에 대해서 예각으로 제2 축으로 경사진다. 이는 플러그의 셋팅 중에 슬리브 재료의 반경방향 유동의 제어를 보조한다.

바람직한 실시형태에서, 환형 쇼울더 경사는 스템 중앙 부분에 대면되는 오목 영역을 형성한다. 이는 다시 밀봉 플러그의 셋팅 중에 재료 유동을 보조한다.

바람직하게, 반경에 대한 제2 축으로의 쇼울더 경사 각도는 5˚ 내지 25˚, 더 바람직하게 10˚ 내지 15˚ 그리고 보다 더 바람직하게 14˚의 쇼울더 경사 각도이다.

유리하게, 스템 헤드 상에는 스템 중앙 부분에 대면되는 환형 돌출부가 형성된다. 돌출 링의 형태일 수 있는 이러한 환형 돌출부는 중공형 슬리브와 결합되도록 배열될 수 있다. 이는 스템 헤드와 슬리브 사이에서, 그러한 환형 돌출부가 존재하지 않는 경우보다 양호한 유밀 밀봉을 제공한다.

다른 양태에서, 본 발명은, 앞서서 그리고 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은, 밀봉 플러그를 셋팅하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 특징이 또한 청구범위에서 설명된다.

이제, 단지 예로서 그리고 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 특정 실시형태를 설명할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 밀봉 플러그의 스템을 통한 축방향 단면을 도시한다.
도 2는 도 1의, 확대 부분(A)에서의, 상세도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 셋팅되지 않은 밀봉 플러그를 통한 단면을 도시한다.
도 4는 도 1의 스템의 등각도를 도시한다.
도 5는 도 1의 스템 헤드의, 확대 부분(D)에서의, 상세 단면을 도시한다.
도 6은 설치 전의 완전한 밀봉 플러그를 개략적으로 도시한다.
도 7은, 셋팅 도구 내로 도입되기 시작할 때의, 도 6의 밀봉 플러그를 개략적으로 도시한다.
도 8은 셋팅 도구에 의한 밀봉 플러그의 설치의 시작을 도시한다.
도 9는 도 8의 도면을 단면 상세도로 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 따른 밀봉 플러그의 순차적인 설치 스테이지를 개략적으로 도시한다.
도 11은 설치된 밀봉 플러그를 도시한다.
도 12는 환형 돌출 링을 포함하는 본 발명에 따른 대안적인 스템 헤드를 도시한다.

먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스템(200)이 3개의 주 영역: 근위 원통형 돌출부(2), 중앙 부분(4), 및 원위 헤드 단부(6)를 포함한다는 것을 확인할 수 있다. 스템(200)은 하나의 유닛으로서 또는 몇 개의 요소로 형성될 수 있다. 이러한 예에서, 스템은 열-처리된 중탄소강으로 이루어진 하나의 유닛으로 형성된다. 스템의 3개의 영역의 각각은 상이한 외경들을 갖는다. 헤드(6)는 중앙 영역(4)보다 큰 외경을 갖는다. 중앙 영역(4)은 근위 원통형 돌출부(2)보다 큰 외경을 갖는다. 이렇게 외경들이 상이한 이유를 이하에서 설명할 것이다. 스템(200)의 길이는 본 발명과 관련이 없다. 본 발명의 밀봉 플러그를 배치하기 위해서 스템을 파지하는 방법도 본 발명과 관련이 없다.

근위 원통형 돌출부(2)는 내측 테이퍼링 단부(8)에서 종료되고, 그에 따라, 이하에서 설명되는 바와 같이, 스템은 셋팅 도구 내로 보다 용이하게 삽입될 수 있다. 플러그의 셋팅을 더 보조하기 위해서, 스템은, 이러한 예에서, 축방향 범위를 따라서 일련의 환형 홈(10)을 수반한다. 환형 홈은 플러그의 설치 중에 셋팅 도구가 돌출부(2)를 효율적으로 파지하고 당길 수 있게 한다.

도 3으로부터 확인될 수 있는 바와 같이, 스템(200)은, 스템(200)의 재료보다 더 연성인 재료로 형성된, 외부 슬리브(12) 내에 안착되도록 배열된다. 이러한 예에서, 슬리브(12)는 어닐링된 알루미늄 합금 6061로 형성된다. 슬리브(12)는 축(A-A)을 형성한다. 스템(200)은 제2 축(B-B)을 형성한다(도 2 참조).

밀봉 플러그는, 스템(200)이 슬리브(12) 내에 안착되도록 그리고 그와 동축적이 되도록 슬리브(12)와 스템(200)을 결합함으로써 형성된다. 도 3에서, 명료함을 위해서 축(A-A)만이 도시되었으나, 당업자는, 축(A-A 및 B-B) 모두가 동축적이고; 이러한 예에서 일치된다는 것을 이해할 것이다.

도 2를 참조하면, 중앙 영역(4)의 구조를 확인할 수 있다. 중앙 영역은, 알려진 방식으로, 설치 프로세스 중에 충분한 축방향 하중이 인가될 때 파괴되는 스템(200)의 위치를 제공하는 취약 구역(14)을 포함한다. 스템을 구역(14)에서 파괴시키는 힘은, 당업자에게 명확한 바와 같이, 구역(14)의 반경방향 깊이에 의해서 주로 결정된다.

중앙 구역(4)의 최대 외경은 16에 위치된다. 여기에서 직경은 적어도 슬리브(12)의 내경과 동일하도록 선택되고, 그에 따라 스템(200)이 슬리브(12) 내로 삽입될 때, 억지 끼워맞춤이 존재하여 스템을 슬리브(12) 내의 제 위치에서 유지한다. 이러한 억지 끼워맞춤은, 스템(200) 및 슬리브(12)가 동축적이 되도록 그리고 조립체가 핸들링될 때 상대적인 축방향 이동이 방지되도록 보장한다.

테이퍼링 영역(15)이 중앙 구역(4)의 구역(14)과 최대 직경(16) 사이에 위치된다. 이러한 테이퍼(15)는 슬리브(12)를 스템(200)에 조립하는 것을 보조한다. 테이퍼(15)는 최대 직경(16)으로부터 취약 영역(14)까지 반경방향 내측에 위치되고, 그 목적은 슬리브(12)를 스템(200)에 조립할 수 있게 하는 도입부(lead-in)를 제공하는 것이다. 이는 (스템(200)과 슬리브(12)의 조합인) 플러그의 형성 중에 조립을 보조하고, 사용 시에 밀봉 플러그의 셋팅 중에 어떠한 역할도 하지 않는다.

스템의 근위 원통형 돌출 단부(2)로부터 원위 헤드(6) 단부까지(도 2에서 볼 때 우측으로부터 좌측으로) B-B를 따라서 축방향으로 이동할 때, 중앙 영역(4)의 외경은 50에서 최소 직경 지점(18)까지 반경방향 내측으로 테이퍼링된다. 중앙 영역(4)을 따른 이러한 테이퍼의 목적을 또한 이하에서 설명할 것이다. 내부 쇼울더(21)가 최소 직경 지점(18)과 헤드(6) 사이에 존재한다. 내부 쇼울더(21)는 최소 직경 위치(18)와의 접합부에서 그 반경방향 내부 부분에서 스템 헤드(6)의 일부로서 형성된다. 이러한 예에서 내부 쇼울더(21)가 도시되어 있지만, 이는 바람직한 특징이고 반드시 채택되어야 하는 것은 아니다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 그러한 쇼울더(21)가 없이도, 본 발명은 충분히 기능한다.

이제 도 5를 또한 참조하면, 스템 헤드(6)가 중앙 영역(4)에 인접한 환형 쇼울더(20)로 형성된다는 것이 확인될 수 있다. 이러한 예에서, 쇼울더(20)는 최소 직경 지점(18)에서 내부 쇼울더(21)와 접경된다. 쇼울더(20)는, 반경(R-R)에 대해서 축(B-B)으로 예각(α)으로 경사진 표면(22)을 따라서 안착된다. 각도(α)는 5˚내지 20˚; 바람직하게 10˚ 내지 15˚의 범위가 되도록 선택된다. 이러한 예에서, 각도는 14°이다. 각도(α)가 어떠하든 간에, 이러한 각도는 반경(R-R)에 대한 환형 쇼울더(20) 경사가 스템 중앙 부분(4)에 대면되는 오목 영역을 형성하도록 선택된다. 이러한 예에서, 오목 영역은 23에서 쇼울더의 외부 테두리까지 연장된다. 그러나, 중앙 축(B-B)으로부터 스템 헤드(6)의 원주방향 주변부까지 반경방향으로 완전히 연장될 필요는 없다. 이러한 오목 영역은 축방향 중심과 반경방향 주변부 사이에서 부분적으로만 그리고 심지어 (하나의, 중단되지 않은 길이에 대조적인 것으로서) 그 사이에서 섹션들로 연장될 수 있다. 또한, 이러한 오목 영역을 형성하는 표면(20)은 직선형일 필요가 없다. 이러한 오목 영역의 목적을 이하에서 설명할 것이다.

스템(200)의 등각도를 도 4에서 확인할 수 있다.

이제 일련의 도 6 내지 도 11을 참조하면, 도 1 내지 도 5의 밀봉 플러그가 한쪽이 막힌 홀(34) 내에 어떻게 셋팅되는지가 도시되어 있다. 도시된 예에서, 홀(34)은 (유압 밸브 블록과 같은) 공작물(36) 내에 형성된다.

도 6의 도면은 슬리브(12) 내에서 유지되는 스템(200)으로부터 형성된 완전한 밀봉 플러그를 도시한다. 전술한 바와 같이, 스템(200)은, 스템 중앙 영역(4)의 외경(16) 및 슬리브(12)의 내경의 선택으로부터 초래되는 그들 사이의 억지 끼워맞춤으로 인해서, 슬리브(12) 내에서 유지된다.

스템 헤드(6)의 외경까지 이어진 반경(R₆)이 슬리브(12)의 외경의 반경(R₁₂)보다 크다는 것이 확인될 수 있다. 이는, 플러그가 밀봉을 위해서 한쪽이 막힌 홀(34) 내로 삽입될 때, 플러그를 홀 내로 삽입하는 프로세스 중에 (이러한 예에서, 스템의 강보다 비교적 연성인 알루미늄 재료로 제조된) 슬리브(12)가 홀이 내부에 형성된 재료에 의해서 손상되기 때문에, 선택된다. 이는, 홀이 내부에 형성되는 재료가 예를 들어 강인 경우에, 특히 그러하다. R₆이 R₁₂보다 크도록 보장함으로써, 이러한 슬리브의 손상 위험이 방지된다. 본 예에서, 참조 번호 26으로 도시된, R₆과 R₁₂ 사이의 차이는 0.1 mm이나, 임의의 적합한 차이가 채택될 수 있다. 도 6의 좌측 측면에서 확인될 수 있는 바와 같이, 스템 헤드(6)를 홀(미도시) 내로 삽입하는 것을 보조하기 위해서, 헤드(6)의 단부가 둥글게 처리될 수 있거나(28), 모따기될 수 있고, 그에 따라 헤드(6)는 삽입 시에 홀(34) 내로 용이하게 전달되고 그 내부의 중심에 위치된다.

이제 도 7을 참조하면, 셋팅 도구(600)의 노우즈피스(nosepiece)(400) 내로 삽입되는 근위 원통형 돌출부(2)가 도시되어 있다. 한쪽 막힘형 밀봉 플러그를 셋팅하기 위해서 해당 도구를 어떻게 동작시키는 지를 당업자가 이해 및 인식하고 있기 때문에, 셋팅 도구(600)를 여기에서 더 설명하지 않을 것이다. 도구(600)의 목적이, 슬리브(12)에 대한 그리고 슬리브를 향한 헤드(6)의 이동이 발생되도록, 슬리브(12)를 축방향 이동에 대항하여(against) 유지하면서, 돌출부(2)를 파지하고 이어서 축방향 힘을 돌출부에 인가하는 것이라는 것을 언급하는 것으로 충분하다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 노우즈피스(400)의 전방 면(30)은 테이퍼링되고, 이러한 예에서 볼록한 원뿔 형태로 도시되어 있다.

도 8은, 테이퍼링된 면(30)이 슬리브(12)와 접경되도록 돌출부(2)가 노우즈피스(400)를 통해서 도구(600) 내로 완전히 당겨진 위치를 도시한다. 일반적으로, 진공 전진 메커니즘이 돌출부(2)를 도구 내로 당기고 슬리브(12)를 면(30)에 대항하여 유지한다. 면(30)과 슬리브(12) 사이의 이러한 접경의 이유는, 플러그의 셋팅 중에 슬리브(12)의 이러한 단부가 도구(600)를 향해서 축방향 이동을 방지하기 위한 것이다. 노우즈피스(400)의 테이퍼링된 면(30)은 슬리브(12)를 향해서 볼록 원뿔형 표면을 제공하도록 배열된다. 스템(200)의 반경(R)에 대한 테이퍼에 의해서 만들어진 각도(β)는 10˚내지 20˚; 바람직하게 14˚내지 16˚이다. 이러한 예에서, 각도는 15°이다. 이는, 면(30)과 슬리브(12) 사이에 형성된 테이퍼링된 갭(32)이 있다는 것을 의미하고, 그 목적에 대해서는 이하에서 설명할 것이다.

이제 도 9를 참조하면, 도구(600)의 전방 부재(38)가 노우즈피스(400) 상에서 환형 쇼울더로서 형성되고, 홀(34) 내에서 슬리브(12)와 결합되는 테이퍼링된 면(30)에 더하여, 공작물(36)의 면과 결합(접촉)되는 것이 도시되어 있다.

플러그를 셋팅하기 위해서, 알려진 방식으로, 도구(600)가 축방향 힘을 (도 9의 우측 측면을 향해서) 돌출부(2)에 인가한다.

이제 도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 이러한 동작의 결과가 도시되어 있다. 도 10a에서, 도구에 의해서 스템(200)에 인가되는 약간의 개시 축방향 힘은 스템을 슬리브(12)에 대해서 이동시키기에 충분치 않다.

도구(600)에 의해서 스템(200)에 인가된 힘이 스템과 슬리브(12) 사이의 상대적인 이동을 유발할 정도로 충분해지면, 도구(600)의 노우즈피스(400)의 전방 부재(38)가 공작물(36)에 접경되고 그에 대항하여 확실하게 유지되기 때문에, 도구(600)와 공작물(36) 사이의 상대적인 이동이 방지된다. 그에 따라, 허용되는 유일한 이동은, (화살표(M)로 도시된 바와 같이, 도면의 우측을 향하는) 홀(34) 내의 스템(200)의 이동이다.

이러한 스템(200) 이동의 결과는, 스템 헤드(6)가 슬리브(12)의 좌측 측면과 결합되도록 당겨진다는 것이다. 스템 헤드(6)와 슬리브(12) 사이의 초기 접촉은 내부 쇼울더(21)의 접촉이다. 내부 쇼울더(21)가 스템 헤드(6) 재료(여기에서 강)으로 형성되기 때문에 그리고 슬리브(12)의 재료(이러한 예에서, 슬리브 재료는 알루미늄이다)가 이러한 재료보다 연성이기 때문에, 쇼울더(21)의 돌출 외부 연부가 슬리브(12)의 단부 내로 침투한다. 이러한 슬리브 침투는 밀봉 효과의 일부이다. 이러한 것은 도 10b에 도시된 상황이다.

셋팅 도구(600)의 축방향 당김력으로 인해서 스템 헤드(6)가 계속 이동함에 따라, 도 10c에 도시된 다음 접촉은 스템 헤드(6) 환형 외부 테두리(23)와 슬리브(12)의 반경방향 외부 부분 사이에서 이루어진다. 이는 다시, 참조 번호 42에서 확인될 수 있는 바와 같이, 슬리브(12) 내로의 스템 헤드(6)의 침투를 유발한다. 이러한 침투는 또한 밀봉 효과의 일부이다.

스템 헤드(6)와 슬리브(12) 사이의 전술한 접촉과 동시에, 슬리브(12)의 다른 측면(도 10의 우측 측면)과 노우즈피스(400)의 테이퍼링된 면(30) 사이에서 접촉이 이루어진다. 다시, 노우즈피스(400)의 재료(이러한 예에서, 경화 강)가 슬리브(12)의 재료보다 더 경질이기 때문에, 슬리브(12)의 우측 측면의 변형이 발생된다. (슬리브(12)에 의해서 확인되는 바와 같은) 테이퍼링된 면(30)의 볼록 형상으로 인해서, 여기에서 슬리브의 변형은, 슬리브(12)의 재료 유동이 (테이퍼링된 면(30)에 먼저 접촉하는) 그 반경방향 내부 부분(44)으로부터 시작하게 하고, (소성 유동(plastic flow)인) 이러한 슬리브 재료 유동은 축(B-B)으로부터 멀어지는 반경방향 외향 방향이다. 이러한 것이 도 10d에 도시되어 있다.

스템(200)의 이동에 의해서 야기된 슬리브 재료의 제1 유동이 노우즈피스 테이퍼(30)의 형상에 의해서 유발된 것임을 이해하여야 한다. 다시 말해서, (슬리브(12)의 우측 측면에서의) 슬리브(12) 재료의 반경방향 외측 소성 유동이 제1 유동이 된다. 이러한 것의 효과는, 홀(34)의 내부 표면과 접촉되도록 슬리브(12) 재료 유동을 반경방향 외측으로 미는 것이고, 그에 의해서 35로 표시된 영역에서 슬리브(12)가 홀(34) 내에서 임의의 축방향 이동을 방지한다. (슬리브의 변형이 슬리브의 원위 단부로부터 먼저 발생되는, 종래 기술의 밀봉 플러그 셋팅 동작에서 발생되는 것으로 알려진) 셋팅 프로세스 중의 홀(34) 내의 슬리브(12)의 임의의 축방향 미끄러짐이 방지되는데, 이는 이러한 미끄러짐이 슬리브(12)와 홀(34) 표면의 계면에 제공된 마감된 밀봉 표면의 무결성을 손상시킬 수 있기 때문이다.

셋팅 도구(600)을 향한 스템(200)의 계속적인 이동은 슬리브 재료의 계속적인 유동을 유도한다(이러한 유동은 슬리브(12)의 우측 측면으로부터 시작되고 그로부터 좌측 측면을 향해서 진행한다). 이러한 홀-충진 작용은, 스템 헤드(6)가 좌측으로부터 우측으로 이동할 때, 슬리브(12)가 우측으로부터 좌측으로 점진적으로 홀(34)의 내부 표면과 접촉되는 것에 기인한다. 다음 유동은, 슬리브(12)가 테이퍼링된 면(30)과 스템 헤드(6) 사이에서 홀(34) 내에서 압착되는 것으로 인한, (반경방향 외측의) 반경방향 팽창의 유동이다. 슬리브(12)의 축방향 이동은 (예를 들어, 셋팅 도구 노우즈피스 전방 면(30)과의 접촉으로 인해서) 그 우측 단부에서 가능하지 않고, 슬리브 재료가 위치(48)에서 홀(34)의 내부 표면에 도달하여 그와 접촉됨에 따라, 슬리브(12)의 재료가 반경방향으로 팽창되어 홀(34)을 충진한다.

슬리브(12)의 최종 반경방향 이동은 그 좌측 측면에서 이루어지고, 여기에서 슬리브는 스템 헤드(6)와 접촉된다. 여기에서 반경방향 이동은, 최대 직경으로부터 최소 직경(18)까지 스템 중앙 영역(4)에 형성된 테이퍼(50)로 인해서, 축(B-B)을 향해서 내측으로 이루어진다. 슬리브(12)의 외부 부분이 영역(35 및 48) 모두에서 홀(34)의 내부 부분과 이미 접촉되기 때문에, 이러한 스테이지에서 슬리브 재료 유동은 테이퍼(50)와 슬리브(12)의 내측부 사이에 형성된 갭(52) 내로 이루어진다는 것을 이해할 것이다. 이는, 테이퍼(50) 그리고 또한 스템 헤드 쇼울더(20)의 각도(α) 모두 때문이다. 이러한 2개의 특징의 조합된 효과는 슬리브 재료의 소성 유동을 표면(22)과 슬리브(12)의 좌측 단부 사이의 함몰부 및 갭(52) 내로 반경방향 내측으로 강제하는 것이다.

여기에서 내측 반경방향 이동은 슬리브(12)에 의한 홀(34)의 밀봉을 완료하고, 노우즈피스(400)에 의해서 스템 돌출부(2)에 인가되는 계속된 축방향 힘은 파괴 목부(14)에서 (당업자에 의해서 이해되는) 스트레인 한계(strain limit)에 도달하게 하며, 이러한 지점에서 스템 돌출부(2)가 스냅되어(snap), 도 11에 도시된 바와 같이, 홀(34) 내에 밀봉된 셋팅된 플러그를 남긴다.

도 12에 도시된 바와 같이, 환형 돌출부(24), 이러한 예에서 예리한 피크 프로파일로 형성된 환형 링의 선택적인 부가가, 셋팅 동작 중에, 슬리브(12) 재료를 반경방향 외측으로 변위시켜 홀(34)을 밀봉하는 그리고 반경방향 내측으로 변위시켜 내부 쇼울더(21) 및 테이퍼(50)를 밀봉하는 추가적인 역할을 할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 환형 돌출부(24)는, 유체 누출 저항을 개선하기 위해서, 스템 헤드(6)와 (스템 헤드(6)와 접경되는) 슬리브(12) 단부 사이에서 연장된 밀봉 표면을 제공할 수 있다.

당업자는, 환형 돌출부(24)의 존재가 본 발명의 유용성을 위해서 바람직할 수 있으나, 본질적이 아니라는 것을 이해할 것이다. 쇼울더(20) 상에 존재하는 경우에, 환형 돌출부(24)는 EP-A-1,440,272에 개시된 것과 동일한 목적을 위한 것이고, 즉 환형 돌출부(24)가 밀봉 플러그의 셋팅 중에 슬리브(12)의 재료 내로 침투하도록 하기 위한 것이고, 그에 의해서 한쪽이 막힌 홀 내에서 헤드(6)와 슬리브(12) 사이의 부가적이고 효율적인 유밀 밀봉을 생성하기 위한 것임을 확인할 수 있을 것이다. 슬리브(12)의 재료 내로의 환형 돌출부(24)의 침투는, 전술한 바와 같이, 헤드(6)의 재료가 슬리브(12)의 재료보다 경질이기 때문에 가능하다.

전술한 예에서 밀봉 플러그의 셋팅 중에, 스템 헤드(6)에 의해서 슬리브(12)에 인가되는 큰 축방향 힘(이러한 예에서, 8 mm 직경 홀(34)을 밀봉하기 위한 17.5 kN)이, 큰 결과적인 반경방향 응력으로 인해서(반경방향 압력은 200 MPa의 피크일 수 있고 파괴 목부(14)의 파단 후에, 잔류 응력은 약 100MPa이다), 정적인 테이퍼링된 노우즈피스(30) 및 홀(34) 내의 슬리브 재료의 효과적인 축방향 억제를 초래한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 응력은 홀(34)과 슬리브(12) 사이에서 그리고 또한 슬리브(12)와 스템(200) 표면(6, 50 및 46) 사이에서 효과적인 밀봉을 제공하여 누출-방지 플러그를 제공하는 역할을 한다.

홀(34) 내의 스템 헤드(6)의 밀착 끼워맞춤은 또한 쇼울더(23)의 외부 테두리 주위의 슬리브(12) 재료의 탈출을 최소화하는 역할을 한다. 내부 쇼울더(21) 또는 외부 테두리(23)에 형성된, 24와 같은, 환형 돌출부는 매립되게 하는 역할을 하고, 슬리브(12)에 대한 스템 헤드(6)의 별도의 밀봉 특징부를 제공하며, 그에 의해서 설치된 슬리브(12) 보어를 통한 누출을 방지한다. 마찬가지로, 홀(34) 내의 노우즈피스 원뿔형 전방 면(30)의 밀착 끼워맞춤은 이러한 노우즈피스 전방 면(30) 주위의 그리고 셋팅 도구(600)을 향한 슬리브(12) 재료의 탈출을 제한한다.

파괴 목부(14)의 파단은, 당업자에게 잘 알려진 방식으로 도 12에서 화살표("N")에 의해서 표시된 바와 같이, 슬리브(12) 내의 잔류 스템(200) 부분을 좌측을 향해서 압박하는 작용을 하는 반동력을 초래한다. 그러나, 스템(200)의 테이퍼(50)와 갭(52) 내로 유동된 반경방향 내부 압축 슬리브(12) 재료 사이에 형성된 긴밀한 접촉은, 슬리브(12)의 외부 표면과 홀(34) 사이에 형성된 밀봉의 효율성을 감소시키는 역할을 할 수 있는 상대적인 축방향 이동이 존재하지 않도록 보장한다. 이러한 테이퍼(50)는 또한, 스템(200)의 단부가 추후에 외부 물체에 의해서 또는 고의적인 조작에 의해서 우발적으로 영향을 받는 경우에, 밀봉의 무결성을 보존하는 역할을 한다.

전술한 예에서, 스템(200)이 그 축방향 범위를 따라서 일련의 환형 홈(10)을 수반하는 것으로 도시되어 있지만, 당업자가 이용할 수 있는 대안이 있다. 예를 들어, 스템(200)의 외부 표면이 나선형 홈으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 셋팅 도구(600)의 노우즈피스(400)는 또한 스템의 외부 나선형 홈과 회전 결합되는 상보적인 나선형 홈을 수반할 수 있고, 그에 따라 도구(600)가 스템(200)을 슬리브(12)에 대해서 이동시킬 수 있게 하고, 그에 따라 알려진 방식으로 플러그를 설치할 수 있게 한다. 사실상, 스템이, 예를 들어, 암놈형 나사 나사산을 수반할 수 있고, 셋팅 도구(600)가 상보적인 숫놈형 나사 나사산을 수반할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 또한 스템의 외부 표면이 임의의 프로파일을 수반하여야 하여야 할 필요성은 전혀 없다.

당업자는, 파괴 목부(14)가 본 발명에 필수적이 아님을 이해할 것이다. 대안의 예로서, 도구(600)는 미리 결정된 당김력을 스템(200)에 가할 수 있고, 이어서 스템으로부터 단순히 탈착될 수 있다. 이는, 예를 들어, 외부 표면(2)에 형성된 나선형 홈 외부 표면과의 스핀-당김(spin-pull) 도구 결합에 의해서 이루어질 수 있다.

200 스템
400 노우즈피스
600 셋팅 도구
2 근위 원통형 돌출부
4 중앙 영역
6 원위 헤드 단부
8 스템의 테이퍼링 단부
10 스템 환형 홈
12 슬리브
13 전방 테이퍼링 영역
14 파괴 스템을 위한 취약 구역
15 후방 테이퍼링 영역
16 중앙 영역(4)의 최대 직경
18 중앙 영역의 최소 직경
20 환형 쇼울더
21 내부 쇼울더
22 쇼울더(20)의 표면
23 쇼울더의 외부 테두리
24 환형 돌출부
26 헤드와 슬리브 사이의 직경차
28 둥근 스템 헤드
30 노우즈피스 전방 면
32 노우즈피스와 슬리브 사이의 갭
34 한쪽이 막힌 홀
35 제1 슬리브 재료 유동 영역
36 홀(34)이 내부에 형성된 공작물
38 노우즈피스의 전방 부재
42 슬리브(12) 내로의 헤드(6)의 침투
44 슬리브 반경방향 내부 부분
46 슬리브(12)의 반경방향 내부 부분
48 홀(34)과 슬리브 사이의 접촉 지점
50 내부 스템 테이퍼
52 슬리브(12)의 내부와 스템 테이퍼(50) 사이의 갭

Claims (13)

1. 공작물 홀(34) 내의 한쪽 막힘 설치(blind installation)를 위한, 그에 의해서 홀을 플러깅하고 밀봉하기 위한 밀봉 플러그이며:
   제1 축(A-A)을 형성하고 주어진 외경을 가지는, 대체로 원통형인 중공형 슬리브(12);
   근위 원통형 돌출부(2), 원위 헤드(6), 및 근위 원통형 돌출부와 원위 헤드 사이에 위치되는 중앙 부분(4)을 포함하는 스템(200)으로서, 스템 헤드는 중앙 부분의 외경보다 큰 외경을 가지고, 중앙 부분의 외경은 스템 근위 원통형 돌출부의 외경보다 크며, 스템은 제2 축(B-B)을 형성하는, 스템(200)을 포함하고;
   스템 헤드는 슬리브의 재료보다 더 경질인 재료로 형성되고;
   스템 중앙 부분은, 슬리브 내에 있을 때, 제1 및 제2 축이 동축적이 되도록, 스템 중앙 부분의 외부 부분과 슬리브의 내부 부분 사이의 마찰 결합에 의해서 슬리브 내에서 유지되도록 배열되는, 밀봉 플러그에 있어서;
   스템 중앙 부분의 외경이 스템 근위 원통형 돌출부로부터 스템 원위 헤드로의 방향으로, 스템의 축에 대해서, 테이퍼링되고, 그에 따라 스템 중앙 부분이 스템 헤드와 만나는 지점에서 최소 중앙 부분 직경(18)을 가지는 것을 특징으로 하는, 밀봉 플러그.
2. 제1항에 있어서,
   스템 헤드는 스템 중앙 부분에 인접한 환형 쇼울더(20)를 가지고, 환형 쇼울더는 반경에 대해서 예각(α)으로 제2 축으로 경사지는, 밀봉 플러그.
3. 제2항에 있어서,
   환형 쇼울더 경사는 스템 중앙 부분에 대면되는 오목 영역을 형성하는, 밀봉 플러그.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   반경에 대한 제2 축으로의 쇼울더 경사 각도가 5˚ 내지 25˚인, 밀봉 플러그.
5. 제4항에 있어서,
   쇼울더 경사 각도가 10˚ 내지 15˚인, 밀봉 플러그.
6. 제5항에 있어서,
   쇼울더 경사 각도가 14˚인, 밀봉 플러그.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   스템 헤드 상에는 스템 중앙 부분에 대면되는 환형 돌출부(24)가 형성되는, 밀봉 플러그.
8. 제7항에 있어서,
   환형 돌출부는 중공형 슬리브와 결합되도록 배열되는, 밀봉 플러그.
9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제2항을 인용할 때,
   환형 쇼울더가 내부 쇼울더(21)를 포함하는, 밀봉 플러그.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    스템 중앙 영역(4)은, 원위 헤드(6)로부터 근위 원통형 돌출부(2)를 향하는 방향으로 좁아지는 축방향 테이퍼(15)를 가지고 형성되는, 밀봉 플러그.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 밀봉 플러그를 셋팅하는 방법이며, 방법은 테이퍼링 단부(30)를 갖는 노우즈피스(400)를 가지는 셋팅 도구(600)를 이용하고, 테이퍼링 단부를 통해서 스템 원통형 돌출부(2)가 도구에 의해서 파지될 수 있고, 방법은:
    스템 원통형 돌출부가 홀로부터 돌출되는 상태로, 플러그를 한쪽이 막힌 홀 내로 삽입하는 단계;
    셋팅 도구 노우즈피스를 스템 원통형 돌출부 위로 전달하고 노우즈피스를 슬리브에 대해 접경시키는 단계;
    스템 원통형 돌출부를 셋팅 도구를 향해서 이동시키는 단계로서, 그에 의해서 스템과 슬리브 사이의 상대적인 축방향 이동을 유발하는, 단계를 포함하는, 방법에 있어서;
    스템과 슬리브 사이의 상대적인 이동은, 스템 헤드가 슬리브와의 결합으로 축방향으로 이동할 때, 슬리브의 재료가, 축방향 압축 하에서, 셋팅 도구의 노우즈피스에 인접한 스템의 근위 단부로부터 시작하여, 초기에 반경방향 외측으로, 이어서 중앙 스템 부분 테이퍼를 따라서 축방향으로 변형되도록, 그에 따라 이러한 테이퍼를 따라서 스템 헤드를 향해서 반경방향 내측으로 변형되도록 하는 것을 특징으로 하는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    슬리브의 반경방향 외측 팽창을 촉진하기 위해서, 노우즈피스의 테이퍼가 볼록한, 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    스템은 내부에 형성된 파괴 목부를 가지고, 파괴 목부는 밀봉 플러그의 셋팅 시에 그리고 구속 스템에 인가되는 미리 결정된 축방향 힘에서 파단되도록 구성되는, 방법.

Images