CN102057200B - 具有改进的使用能力的法兰组件 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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。

发明背景

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(exhaustflange)，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***在预定的一段时期内满足排放标准。结果，排气***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。

附图说明

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1a是法兰组件的实施方案的透视图；

图1b是连接部分的实施方案的轴测投影；

图1c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1d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1e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2a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5a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5b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5b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1a，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(knockout)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26***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1b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26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1c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1d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1e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2a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26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26固定在连接部分18内时，较少的紧固件26暴露出来且无保护，而且紧固件26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26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26脱离，因为凹槽32提供能***工具的凹形进入区域。如图3b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***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26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26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54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***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(interferencerib)，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***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5b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5b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92一起运送时，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***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5a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(sheerstrength)。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(manifoldflange)。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。

Claims (12)

1.一种用于汽车工业排气法兰的法兰组件，该法兰组件包括：

第一法兰部分，其具有用于接纳第一管子的接口，第一法兰部分包括一组洞；

第二法兰部分，其具有用于接纳第二管子的接口，第二法兰部分包括第二组洞；

一套螺栓紧固件，其与所述第二法兰的第二组洞配合；以及

一套连接部分，其与所述第一法兰部分一个洞配合，用于接纳所述一套螺栓紧固件，以将所述的第一法兰部分和第二法兰部分紧固在一起；

所述一套连接部分具有接合部分，邻接部分以及螺纹孔，该接合部分接合所述第一法兰部分相应的洞；且接合部分的宽度大于第一法兰部分，并延伸穿过第一法兰部分并部分进入第二法兰部分，第二法兰部分第二组洞的周边具有相应的凹入来接收所述的接合部分，接合部分充当外部元件的障碍物，为法兰组件提供保护，接合部分为法兰组件提供附加承重能力的来源，接合部分与第二法兰部分的配合支撑接头免于偏移和弯曲；所述邻接部分邻接第一法兰部分主体；而所述螺纹孔能够接合所述的螺栓紧固件将第一法兰和第二法兰部分连接；该接合部分限制或阻止连接部分旋转或减少在所述第一法兰部分或第二法兰部分相应的洞或凹形部分旋转,所述螺纹孔穿过接合部分，并且至少部分地延伸穿过邻接部分。

2.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述接合部分包括键槽或滚纹而使得所述连接部分固定到第一或第二法兰部分的主体上。

3.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述接合部分包括与孔同心的同心部分和与孔偏心的偏心部分，所述第一或第二法兰部分包括能接收所述接合部分的形状，而使得所述连接部分固定到第一或第二法兰部分的主体上。

4.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述接合部分为具有限定圆形凹形空间，其接合的第一或第二法兰部分的主体上具有对应的凸起部分，产生压紧配合，从而阻止连接部分脱落或旋转。

5.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述接合部分为锥形，其接合的第一或第二法兰部分的主体上具有对应的锥形部分，以使得所述连接部件固定在第一或第二法兰部分的主体上。

6.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。

7.如权利要求1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。

8.如权利要求1所述的法兰组件，其中，所述的连接部分的孔不完全延伸穿过邻接部分。

9.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第二法兰部分中的至少一个的护罩。

10.如权利要求9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。

11.如权利要求9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。

12.如权利要求9所述的法兰组件，其中，所述的护罩位于连接部分的周边周围。