用於壓力傳感器的高壓密封連接器的製作方法

2024-01-25 14:09:15 1

專利名稱：用於壓力傳感器的高壓密封連接器的製作方法
技術領域：
本發明一般來說涉及連通元件之間的密封，更具體來說，本發明涉及一種形成流體介質密封連接的結構，其具有的幾何形狀可以提供改善的在高的流體壓力下的密封。
高增壓的流體系統需要例如在彼此密封的流體連通的導管件的連接件之間的密封。例如，在柴油機的噴油系統中，燃油壓力常常達到大約30,000磅/英寸2，因而要求高強度的構件和密封。
高壓噴油系統可以具有流體壓力傳感器，該傳感器可以提供與油泵蓄油器中的燃油壓力相對應的可用的輸出信號。該輸出信號可以被引導到一個發動機的控制處理器中。這樣的燃油壓力傳感器可以安裝在蓄油器壁的一個出口上。
對於在輸送或者含有高壓流體的系統中可以提供可靠的密封連接，例如在噴油系統中用於壓力傳感器的連接的結構是需要的。
通常，高壓密封具有可以擰緊的螺紋連接，以便在位於連接件之間的可變形的密封片或者密封環上增加壓縮負荷。為了獲得足夠的密封壓縮，在先的連接器要求擰緊到某一精確的扭矩，有時要達到非常高的扭矩。根據連接器的設計和經受高負荷的特定的密封材料，慣用密封的過度擰緊可能引起密封材料的非可控制的塑性變形和擠出，造成負荷喪失和密封損壞。因此，希望有這樣的密封結構，它不需要所要求的那麼大量的扭矩，同時可以提供在扭矩範圍內的足夠的密封，並且它可以降低由密封材料的過度變形造成的密封破壞的危險。
另外，希望有這樣的密封結構，它可以使設置密封所要求的扭矩量最小。這樣的低扭矩會使製造和修理期間的組裝容易。
本發明提供一種改進的密封連接器，其要求較少的部件並且具有一種導致在高壓下有效密封的改進的幾何形狀。為此，提供一種密封流體連接器，它包括一個連接器陽件，一個連接器陰件和一個密封片。這些部件互相配合地設計如下。
連接器陽件具有一個帶有一個縱向孔的圓柱體。該圓柱體具有一個基本上由兩個部分形成的端部一個在端部的徑向最內部分的平環；和一個從平環徑向向外傾斜的截頭錐體。平環包圍一個在圓柱體內的縱向孔的開口。在一個較佳實施例中，截頭錐體從環的外徑線性傾斜(例如以大約5-15°)到圓柱體的外徑。
連接器陰件具有一個用於可配合地接納連接器陽件的空腔。在一個較佳實施例中，連接器陽件是一個噴油系統中的蓄油器的一個壁的成形口。連接器陽件以螺紋擰在該口即空腔中。空腔具有一個當連接器陽件插入連接器陰件中時由平行於平環設置的平環座限定的的端部。該平環座包圍著位於連接器陰件中的一個第二孔。
平的環形密封片可壓縮地就座於平環和平環座之間，以便在陽件和陰件之間密封和容許在第一和第二孔之間的流體連通。密封片最好是由比陽件和陰件還柔軟的不鏽鋼製成的。例如，已經發現303型不鏽鋼可以提供所希望的結果。
在一個實施例中，連接器陽件是噴油系統的燃油壓力傳感器的一部分，而連接器陰件是高壓燃油泵的蓄油器上的一個口。
本發明的優點在於，它提供了一種高壓流體連接器結構，而該結構可提供可靠的密封。具體來說，連接器的幾何形狀可有利地在需要壓縮以便在流體孔周圍實施密封的部位上對密封片實施集中的壓縮。該壓縮最初在密封片的徑向向內的部位的平環區域實施。從陽件的平環徑向向外的截頭錐體表面在密封片上施加逐漸減少的壓縮。業已發現，該連接器的一個實施例足以密封至少在40,000磅/英寸2的壓力的流體。
本發明的另一個優點在於，密封片從其徑向向內的區域開始塑性變形，但是該區域總是由一個在外部的彈性區域包圍著，因而可以防止密封片材料的非可控制的擠出和相關的的負荷喪失。密封片的塑性壓縮區域隨著連接器陽件往空腔中不斷前進而徑向向外增加。
本發明的另一個優點是，其容易組裝並要求較少的部件。已知的在先的導管連接器具有較多的組件並要求用於壓縮密封的螺栓。因為，在一個實施例中，本發明的陽件在其外徑上刻有螺紋，截頭錐體陽件的端部可以達到足夠的軸向密封壓縮，而不會使螺紋受到過高的負荷。
本發明的其它特徵和優點將在較佳實施例的詳細描述中予以介紹，因而將可從其和附圖一目了然。


圖1是本發明的一個實施例的連接器的分解側向剖視圖。
圖2是如圖1所示的連接器陽件的底視圖，該視圖大致取自圖1的2-2線。
圖3-5是圖1和2實施例的連接器的放大局部剖視圖，其示出了密封片壓縮的連續增加的狀態。
請首先參閱圖，其中，相同的標號表示相同的零件。圖1示出了一種分解的密封連接器結構。在該實施例中，連接器結構包括一個燃油壓力傳感器10，該傳感器以螺紋配合在在連接器陰件14中形成的一個口部或者空腔12中。在圖1中，所示出的連接器陰件14為柴油機噴油系統的高壓燃油泵的蓄油器的一個壁。
具體來說，傳感器10具有一個連接器陽件16，該陽件總地具有一個圓柱體18。圓柱體18在其外徑具有外螺紋20(也示於圖3中)。根據本發明的一個實施例並且也如圖2所示，圓柱體18包括一個在徑向最內部的帶有一個平面或者平環22的成形端部。該平環22具有一個內徑，該內徑形成一個通向伸入傳感器10的縱向第一孔24的開孔。該環22的外徑在圖1-5中由字母P來表示。環22處在陽件16的縱向上的最遠的延伸位置處。
還如圖1和2所示，圓柱體18的端部還包括一個從平環22的外徑P向外徑向延伸的截頭錐體26。在一個實施例中，該截頭錐體26與平環22以大約5-15°角，最好是以大約10°角傾斜開來，但是，在本發明的範圍內，該傾斜角度可以有或多或少的幾度的變化。
請參閱圖1，連接器陰件14具有一個支承體，例如為蓄油器壁，該蓄油器壁具有一個在其內形成的凹槽或者空腔12。該空腔12成形得可以互補地接納連接器陽件16。根據本發明，該空腔12具有一個由一個平面或者一個平環座28形成的端部。該平環座28包圍著一個通向伸入蓄油器的第二孔32的開孔。在一個實施例中，該第二孔32的直徑等於或者小於在傳感器中的第一孔24。另外，在所示的實施例中，空腔12還由一個圓柱壁30所限定，該圓柱壁攻有與在連接器陽件16上的螺紋20相對應的螺紋。
連接器還包括一個密封片34，該密封片34的形狀是環形的和大致平的。密封片34靠著環形座28安裝在空腔12中。密封片34具有一個中央孔，該中央孔的直徑最好不大於第一孔24。在一個實施例中，密封片34的開孔可以具有一個小於第一孔24的直徑。當連接器組裝起來時，密封片34的開孔形成一個在孔24和32之間的通道。此外，密封片34最好具有一個在非壓縮條件下的外徑，而該外徑稍稍小於連接器陰件14的空腔12的直徑。這樣的尺寸有助於在組裝期間使密封片34對中。
連接器陽件16被擰入空腔12中，直至密封片34被壓縮在平面座28和連接器陽件16的端部之間為止。在圖1和2所示的實施例中，傳感器10具有一個與連接器陽件16相連接的六角形的部分38，用於以扳手上扭矩。
連接器陽件16和連接器陰件14由比環形密封片34更為質硬的材料製成。環形密封片最好是由金屬製成，而300系列的不鏽鋼，例如303型或者316型不鏽鋼被認為可以提供所希望的結果。密封片34的材料和硬度可以根據連接器的設計壓力，尺寸，用途等而有所改變。在一個實施例中，密封片34具有大約70-120範圍內的洛式硬度(B標度)。在採用303型不鏽鋼的情況下，洛式硬度(B標度)通常在大約80-100的範圍內，而最好是在85-95的範圍內。對於蓄油器壁，即陰件14適用材料包括不鏽鋼或者合金鋼，而一種較佳的材料是具有大約40-46洛式硬度(C標度)的SAE 4340不鏽鋼。陽件16也可以由不鏽鋼製成，例如為具有大約40-47洛式硬度(C標度)的15-5的不鏽鋼。
與密封片相對於陽件和陰件的相對硬度有關，平環22的表面面積的尺寸應當設定得可以將密封片34壓縮得稍稍超過其彈性極限。這可以在密封片34的兩側產生一個接觸壓力，而該接觸壓力在高壓噴油情況下其可能是30,000磅/英寸2的介質設計極限壓力下足以密封。
更具體來說，現在來看圖3-5，所示出的密封片34在將陽件16插入空腔12期間處於壓縮連續增加的狀態。注意，圖3-5不一定是按比例的，而是以一種誇大的方式示出，以便更好地展示大致的幾何結構形狀和密封片壓縮的情況。當連接器陽件16插入空腔12中時，陽件16最初在平環22處嚙合密封片34，如圖3所示。因此，密封片34的軸向壓縮集中在靠近將含有高壓燃油(未示出)的孔24和32附近的需要密封的區域處。連接器陰件14的平環座28有力地支承著密封片34的對置側，以便適當地分布載荷。
當平環22壓入較軟的密封片34時，接觸面積將沿著截頭錐體28的表面增加。所施加的負荷越大，則穿入越深，接觸面積就越大。現在參閱圖4，對陽件16連續地施加扭矩將使其較深地插入空腔12中，同時壓縮密封片34。當然，密封片34將在為陽件16的最深的延伸位置處的平環22之下經受最大的變形。密封片34的變形沿著截頭錐體26的斜面從平環22徑向向外逐漸減少。
陽件16以足夠的力量配合插入，以便在密封片34上塑性壓縮出一個徑向向內的內部區域，該塑性區域的外限由圖4中的線A表示，因此塑性區域在線A的左側。該塑性壓縮區域由在線A右側的彈性壓縮區域在徑向外部所包圍。在塑性壓縮區域(在線A的左側)，密封片34與連接器陽件16和連接器陰件14的平座28處於面對面的高度密封壓縮之中。在彈性壓縮區域(線A的右側)，密封片34在陽件16的截頭錐體26的至少一部分和陰件14的平座28之間處於線性壓縮之中。
連接器陽件16向空腔12的進一步更深的前進將使密封片34按著上述的方式進一步增加壓縮和變形。如圖5所示，隨著塑性壓縮區域的增加，塑性壓縮的外限將徑向向外移動，如線A所示。
通過這種方式將負荷集中在密封片上，即集中在徑向最內側的區域上，將可實現增壓流體的足夠的密封，並且可以使所要求的總的軸向負荷最小。密封片34的過壓縮的危險可以由徑向在外的彈性壓縮區域來降低。過壓縮在慣用連接器中更容易發生，例如，當密封片能夠跨過其半徑均勻受壓到不可控制的塑性變形程度時，將會導緻密封材料的擠出和負荷喪失。根據本發明，因為密封片34可以被壓縮從孔徑向向外產生不同程度的塑性變形，所以在大多數的應用場合可以達到足夠的密封，而不要求在組裝期間將陽件16精確扭轉。
因此，正確設計陽件的端部的幾何形狀，例如，對於具體的密封材料設定環22的面積尺寸，則作用在密封片34上的總負荷將隨著連接器陽件端部的壓入不斷增加。此外，傳感器可以容易地扭轉到正確的密封壓力，而不必擔心會使密封片過變形。
本發明的實施例可以要求大約60英尺-磅的扭矩。這相當於其中環22具有6.35毫米的內徑和8.35毫米的外徑的實施例。截頭錐體表面的外徑可以例如為大約15.5毫米。當然，這些尺寸，環的面積，截頭錐體的斜度，密封片的硬度等取決於連接器的具體應用場合，所要求的連接器組件的尺寸，設計壓力，或者其它因素。
可以理解，對於較佳實施例的各種改變和改進對於本領域的普通技術人員來說都是顯而易見的。例如，就燃油壓力傳感器所描述的該連接器的結構也可以適用於諸如將管道部分連接在一起的要求密封流體連通的任何環境。另外，本發明可以用於真空系統以及壓力系統。可以進行這樣的明顯改變和改進而不脫離本發明的精神和範圍，也不會減少其伴隨的優點。因此所附的權利要求意欲包括這樣的改變和改進。
權利要求
1.一種可密封的流體連接器，包括一個連接器陽件，該陽件包括一個帶有一個在其內縱向布置的第一孔的圓柱體。該圓柱體具有一個端部，該端部具有一個在該端部的徑向最內部分並且包圍一個通向該第一孔的開口的平環，並且該圓柱體具有一個從該平環徑向向外傾斜的截頭錐體；一個連接器陰件，該連接器陰件包括一個用於以互補螺接來接納該連接器陽件的空腔，該空腔的一個端部由一個當該連接器陽件插入時平行於該平環設置的平環座來限定，該平環座包圍著位於連接器陰件中的一個第二孔；和一個環形密封片，該環形密封片可壓縮地就座於該平環和該平環座之間，以便在該陽件和該陰件之間密封和容許在該第一和第二孔之間的流體連通。
2.如權利要求1所述的連接器，其特徵在於，當該連接器陽件可配合地被接納在所述的空腔中時，造成所述的密封片具有一個由一個逐漸減少的彈性壓縮區域徑向在外地包圍的徑向在內的塑性壓縮區域。
3.如權利要求1所述的連接器，其特徵在於，所述的截頭錐體從所述的平環以大約5-15°的角度傾斜開來。
4.如權利要求1所述的連接器，其特徵在於，所述的密封片由大約80-100的洛式硬度(B標度)的不鏽鋼製成。
5.如權利要求1所述的連接器，其特徵在於，所述的連接器陽件是燃油壓力傳感器的一部分。
6.如權利要求1所述的連接器，其特徵在於，所述的密封片具有一個不大於第一孔的直徑的內徑。
7.如權利要求1所述的連接器，其特徵在於，所述的密封片具有一個稍稍小於所述的連接器陰件的所述的空腔的直徑的外徑。
8.一種用於輸送流體介質的密封連接器，該連接器包括一個連接器陽件，該連接器陽件具有一個大致圓柱形的圓柱體，該圓柱體具有一個通過其中心延伸的孔，所述的圓柱體的外徑具有用於沿著軸向嚙合地移動所述的連接器陽件的螺紋；一個平環，該平環形成在所述的圓柱體的圍繞通向該孔的開口附近的一個端部；和一個所述的圓柱體的截頭錐體，該截頭錐體從所述的平環向著所述的圓柱體的所述的外徑徑向向外線性傾斜。
9.如權利要求8所述的連接器，其特徵在於，它還包括一個平的環形密封片，用於可壓縮地與所述的平環和至少一部分的所述的截頭錐體相嚙合，以便可塑性變形地壓縮所述的密封片的一個徑向在內的區域，該徑向在內的區域由一個逐漸減小彈性壓縮的區域在徑向在外地包圍起來，所述的密封片具有一個可與所述的連接器陽件的所述的孔對中的中央孔。
10.如權利要求9所述的連接器，其特徵在於，所述的密封片由具有洛式硬度(B標度)大約為80-100的金屬製成。
11.如權利要求9所述的連接器，其特徵在於，所述的密封片由具有洛式硬度(B標度)大約為85-95的金屬製成。
12.如權利要求9所述的連接器，其特徵在於，它還包括一個連接器陰件，該連接器陰件包括一個支承體，該支承體具有一個在其內的大致圓筒形的空腔，所述的空腔成形得可以以螺接接納所述的連接器陽件，所述的空腔的底部形成一個平環座，以便支承所述的密封片。
13.如權利要求8所述的連接器，其特徵在於，所述的截頭錐體從所述的平環的平面傾斜大約5-15°。
14.一種流體連接器，包括一個陽件，該陽件具有一個大致圓柱形的圓柱體，該圓柱體帶有一個環形端部，一個中央孔縱向通過該圓柱體，所述的端部具有一個平環，該平環帶有一個限定所述孔的內半徑和一個外半徑，所述的端部具有一個從所述的平環的所述的外徑向著所述的圓柱體的外徑徑向向外延伸的截頭錐體；一個連接器陰件，該陰件具有一個支承體，該支承體帶有一個在其內形成的空腔，以便以螺接互補地接納所述的陽件，所述的空腔具有一個平面底部，該底部帶有一個在其內形成的中央孔；一個大致平的密封片，該密封片具有一個在其內形成的中央孔，該孔的直徑不大於所述的平環的所述的內徑，密封片可密封地壓縮在所述的陰件空腔的所述的底部和所述的端部之間，使得所述的陽件的孔通過所述的密封片的所述的中央孔與所述的陰件的孔流體連通；藉此，在所述的陽件插入所述的陰件的配合狀態下，造成密封片在一個徑向在內的區域被塑性壓縮，該徑向在內的區域由一個彈性壓縮區域徑向在外地包圍。
15.如權利要求14所述的連接器，其特徵在於，所述的陽件對著所述的密封片往所述的空腔中的逐漸的插入將造成所述的密封片的塑性壓縮的所述的區域沿著徑向向外的方向擴張。
16.如權利要求14所述的連接器，其特徵在於，所述的截頭錐體具有大約5-15°的斜度。
17.如權利要求14所述的連接器，其特徵在於，所述的密封片由比所述的陽件和陰件較為柔軟的材料製成，並且，所述的密封片具有大約70-120的洛式硬度(B標度)。
18.如權利要求14所述的連接器，其特徵在於，所述的密封片具有稍稍小於所述的空腔的外徑的外徑。
19.如權利要求14所述的連接器，其特徵在於，所述的連接器陽件是燃油壓力傳感器的一個安裝部分，並且，所述的連接器陰件是燃油泵蓄油器的一個壁，所述的孔為增壓燃油提供從所述的蓄油器至所述的傳感器的連通。
全文摘要
一種改進的密封連接器,它包括一個陽件,一個陰件和一個環形密封片。陽件具有一個端部,該端部帶有一個包圍一個流體輸送孔的在最內半徑處的平環。該端部的一個截頭錐體從平環徑向向外傾斜延伸。陰件具有成型得可接納陽件的空腔,空腔具有一個由包圍著另一個流體輸送孔的平環座所限定的底部。密封片被壓縮在平環座和陽件的端部之間。在密封片上的軸向壓縮負荷集中在平環上,使得密封片具有一個徑向在內的塑性壓縮區域和一個徑向在外的彈性壓縮區域。
文檔編號F16L19/03GK1196461SQ9810620
公開日1998年10月21日 申請日期1998年4月2日 優先權日1997年4月2日
發明者J·W·布拉克, P·奧爾哈姆, M·L·施內德爾 申請人:卡明斯發動機公司