БОЛТ И СИСТЕМА КРЕПЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F16B35/00 B23K9/20 

Изобретение, в общем смысле, относится к устройству и способу крепления болта к основе, а также к соответствующему болту.

Известно множество устройств и способов, посредством которых различные болты крепят к основе в разных сферах практического применения. Так, например, реализуют контакт болта с основой и подают электрический ток. Как только между болтом и основой потечет электрический ток, болт отводят от основы, в результате чего возникает электрическая дуга. Вследствие высвобождения энергии материал болта и основы частично расплавляется. Затем электрический ток отключают, и болт погружают в расплавленный материал, пока последний не остынет и не затвердеет. При этом болт неразъемно соединяется с основой.

Известны устройства, которые обеспечивают энергию, необходимую для расплавления материала болта и основы, в течение достаточно короткого промежутка времени, причем подобные устройства генерируют электрический ток очень большой силы, подводимый к болту посредством электрического кабеля с надлежащими размерными параметрами. Известно также, что в место контакта болта с основой подают инертный газ, что позволяет избежать окисления расплавленного материала.

Для решения некоторых технических задач, возникающих, например, при строительстве сооружений или в судостроении, используют болты различных размеров снабженные резьбой, на которую тот или иной объект навинчивают с целью его закрепления на основе. Пользователь устройства должен регулировать некоторые параметры технологии крепления, например, длительность воздействия электрического тока и его мощность, приводя их в соответствие с используемыми болтами. Посредством визуального контроля пользователь выполняет заключительную оценку качества соединения болта с основой. Таким образом, качество указанного соединения зависит также от опыта и профессионализма пользователя.

В случае болтов, снабженных уплотнительным кольцом, следует учитывать, что после крепления болта к основе уплотнительное кольцо довольно сильно сжато, что необходимо для обеспечения достаточного герметизирующего эффекта. С другой стороны, во избежание слишком сильного деформирования уплотнительное кольцо не должно быть сжато слишком сильно.

В основу настоящего изобретения была положена задача предложить устройство и/или способ, позволяющие улучшить крепление болта к основе. В частности, должна быть обеспечена надежная герметизация зоны крепления болта к основе.

Указанная задача решается с помощью болта для крепления присоединяемого элемента к основе, который включает определяющий направление крепления стержень, приваренный к основе уплотнительный элемент, предназначенный для герметизации зоны контакта стержня с основой, и передающий усилие элемент, предназначенный для передачи усилий сжатия присоединяемого элемента к основе. Передающий усилие элемент в известных условиях передает соединяющее усилие, перпендикулярное направлению крепления боковое усилие, изгибающий момент вокруг оси, перпендикулярной направлению крепления, и/или крутящий момент вокруг оси, параллельной направлению крепления, к основе, благодаря чему исключается воздействие соответствующего усилия или соответствующего момента на уплотнительный элемент. Уплотнительный элемент предпочтительно выполнен из эластичного материала, в частности, из эластомера, например, резины или тройного сополимера на основе этилена, пропилена и диена. Передающий усилие элемент предпочтительно выполнен из жесткого материала, например, металла, сплава, керамики и так далее.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что передающий усилие элемент имеет поверхность прилегания, которая служит для прилегания присоединяемого элемента к передающему усилие элементу, и опорную поверхность, которая служит для посадки передающего усилие элемента на основу. Расстояние между поверхностью прилегания и опорной поверхностью в направлении крепления предпочтительно точно соответствует или превышает толщину уплотнительного элемента в направлении крепления.

Кроме того, передающий усилие элемент предпочтительно имеет прижимную поверхность, служащую для прижима уплотнительного элемента к основе. Расстояние между прижимной поверхностью и опорной поверхностью в направлении крепления особенно предпочтительно меньше толщины уплотнительного элемента в направлении крепления. Расстояние между прижимной поверхностью и опорной поверхностью составляет от 50 до 90% от толщины уплотнительного элемента.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что площадь перпендикулярного направлению крепления поперечного сечения уплотнительного элемента уменьшается в направлении крепления. В связи с этим по мере возрастания усилия прижима уплотнительного элемента к основе герметизирующая поверхность между уплотнительным элементом и основой увеличивается.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что болт является приварным болтом, установочным болтом или резьбовой шпилькой.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что уплотнительный элемент обладает кольцеобразной формой и внутри прилегает к стержню и/или снаружи прилегает к передающему усилие элементу.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что передающий усилие элемент обладает кольцеобразной формой.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что уплотнительный элемент и/или передающий усилие элемент обладает кольцеобразной формой.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что болт имеет резьбу для привинчивания присоединяемого элемента к болту.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что болт используют в системе крепления, включающей основу и присоединяемый элемент. Передающий усилие элемент предпочтительно зажат между присоединяемым элементом и основой.

Примеры

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 схематическое изображение сварочного приспособления,

на фиг. 2 продольное сечение приварного болта,

на фиг. 3 продольное сечение приварного болта,

на фиг. 4 продольное сечение приварного болта.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение сварочного приспособления 10 для приваривания приварного болта 20 к основе 30. Материалом приварного болта 20 и материалом основы 30 является токопроводящий, прежде всего металлический материал. Сварочное приспособление 10 включает сварочный пистолет 40 с курковым выключателем 41 в виде кнопочного переключателя, сварочный аппарат 50, первый электрический кабель 61, второй электрический кабель 62 с контактным зажимом 63, кабель питания от электросети 64, например, в виде сетевого кабеля, электрический коммуникационный провод 65, газовый резервуар 70 в виде газового баллона, линия подачи газа 71 в виде шланга, а также газовый шланг 72.

Первый кабель 61 предназначен для снабжения приварного болта 20 электрическим током от сварочного аппарата 50. Второй кабель 62 предназначен для электрического соединения основы 30 со сварочным аппаратом 50 в случае, если контактный зажимной выступ 63 закреплен на основе 30. При контактировании приварного болта 20 с основой 30 происходит замыкание электрического контура, а, следовательно, от сварочного аппарата 50 к приварному болту 20 может поступать сварочный ток, например, в виде постоянного или переменного тока. Сварочный пистолет 40 включает не показанный на чертеже разъем для подключения сварочного тока. Для генерирования сварочного тока с необходимым напряжением и силой сварочный аппарат 50 включает не показанное на чертеже устройство для преобразования электрического тока, поступающего от электросети по кабелю питания 64, в сварочный ток, которое, в свою очередь, включает, например, электрический конденсатор, тиристор, биполярный транзистор с изолированным управляющим электродом или другие силовые электронные схемные элементы, а также соответствующий прибор управления с микропроцессором.

Линия подачи газа 71 и газовый шланг 72 предназначены для подачи защитного газа из газового резервуара 70 в зону контакта приварного болта 20 с основой 30, что необходимо для защиты указанной зоны от окисления содержащимся в окружающей среде кислородом в процессе сварки. Для регулирования расхода газа, поступающего в зону контакта, газовый резервуар 70, линия подачи газа 71, сварочный аппарат 50, газовый шланг 72 или сварочный пистолет 40 включают не показанный на данном чертеже, в частности, регулируемый вентиль.

Сварочный аппарат 50 снабжен устройством ввода данных 51 с органами управления 52, а также устройством вывода данных 53 с элементом визуальной индикации 54 и беспроводным передаточным блоком. Устройство ввода 51 данных предназначено для ввода пользователем сварочного приспособления 10 параметров реализуемого с помощью этого приспособления процесса сварки, например, электрического напряжения, силы, мощности и длительности сварочного тока, положения и скорости перемещения болта, а также других показателей. Устройство вывода 53 данных предназначено для вывода информации, например, параметров процесса сварки, регистрируемых выбросов в атмосферу или других показателей процесса сварки, информации относительно качества процесса сварки и мероприятий для его оптимизации, информации относительно контролируемых свойств приварного болта, а также информации, вытекающей из указанных выше показателей, и/или рекомендаций или инструкций по очистке и/или техническому обслуживанию сварочного приспособления 10, в частности, сварочного пистолета 40, пользователем.

Коммуникационный провод 65 предназначен для обеспечения связи между сварочным пистолетом 40, в частности, не показанным на фиг. 1 управляющим устройством сварочного пистолета 40, и сварочным аппаратом 50, в частности, прибором управления, устройством ввода 51 данных и/или устройством вывода 53 данных. Благодаря подобной связи, например, осуществляется обмен информацией, относящейся к параметрам процесса сварки, что, например, позволяет обеспечивать или облегчать синхронизацию сварочного тока с перемещением приварного болта 20. Согласно не показанным примерам конструктивного исполнения сварочного приспособления между сварочным пистолетом и сварочным аппаратом существует беспроводная связь, радиосвязь или связь посредством первого электрического кабеля, проводящего сварочный ток.

Сварочный пистолет 40 имеет снабженный выходным отверстием 46 корпус 42, из которого выступает рукоятка 43 с курковым выключателем 41. Кроме того, сварочный пистолет 40 имеет держатель болта 44, в котором в процессе сварки удерживается приварной болт 20. При этом держатель 44 включает, например, два, три, четыре или более не показанных в отдельности пружинящих рычага, между которыми вставляется и удерживается посредством зажимного выступа приварной болт 20. Сварочный пистолет 40 снабжен также разъемом, например, в виде одного или нескольких пружинящих рычагов, который предназначен для подвода сварочного тока к приварному болту 20 и встроен в держатель 44.

Кроме того, сварочный пистолет 40 имеет управляющее устройство 99, предназначенное для управления различными составными частями и устройствами сварочного пистолета и сварочного аппарата 50. Управляющее устройство 99 служит для управления одним или несколькими параметрами процесса сварки. Управляющее устройство 99 включает необходимые для этого электронные детали, например, один или несколько микропроцессоров, один или несколько запоминающих устройств для временного или долговременного хранения данных и так далее.

Сварочный пистолет 40 имеет также механизм подъема болта в виде первого подъемного электромагнита, причем в случае если механизм подъема болта активирован, он с определенным усилием отводит держатель 44 от выходного отверстия 46 (на фиг. 1 вверх). Посредством не показанного на чертеже сигнального провода управляющее устройство 99 связано с механизмом подъема болта, что позволяет управлять этим механизмом, в частности, активировать и деактивировать его.

Кроме того, сварочный пистолет 40 имеет механизм погружения болта, выполненный в виде пружинящего элемента или второго подъемного электромагнита, причем в случае если механизм погружения болта активирован, он с определенным усилием подводит держатель 44 к выходному отверстию 46 (на фиг. 1 вниз). Посредством не показанного на чертеже сигнального провода управляющее устройство 99 связано с механизмом погружения болта, что позволяет управлять этим механизмом, в частности, активировать и деактивировать его. В случае если механизм погружения болта выполнен в виде пружинящего элемента, подобный пружинящий элемент при перемещении держателя 44 в направлении от механизма подъема болта предпочтительно напряжен, а, следовательно, как только механизм подъема болта деактивируется, пружинящий элемент перемещает держатель 44 вперед.

При осуществлении процесса сварки с использованием сварочного приспособления 10 сначала предоставляются в распоряжение основа 30 и болт 20. На следующей стадии пользователь посредством устройства ввода данных вводит информацию, например, необходимые параметры последующего процесса сварки. На следующей стадии к приварному болту 20 от сварочного аппарата 50 посредством первого кабеля 61 и второго кабеля 62 подают сварочный ток, проходящий между приварным болтом 20 и основой 30. На следующей стадии приварной болт 20 посредством механизма подъема отводят от основы при сохранении протекающего между приварным болтом 20 и основой 30 сварочного тока, причем между приварным болтом 20 и основой 30 возникает электрическая дуга. При этом прежде всего вследствие создаваемой электрической дугой высокой температуры происходит частичное расплавление материала приварного болта 20 и/или основы 30. На следующей стадии приварной болт 20 посредством механизма погружения погружается в расплавленный материал приварного болта 20, соответственно основы 30. После этого расплавленный материал приварного болта 20, соответственно основы 30, затвердевает, а, следовательно, приварной болт 20 неразъемно соединяется с основой 30.

На фиг. 2 представлено продольное сечение системы крепления 100, включающей присоединяемый элемент 150, основу 200 и болт 210, предназначенный для крепления присоединяемого элемента 150 к основе 200. Болт 210 включает определяющий направление крепления 220 стержень 230, уплотнительный элемент 240 для герметизации зоны контакта 250 стержня 230 с основой 200, а также передающий усилие элемент 260, предназначенный для передачи усилий сжатия присоединяемого элемента 150 к основе 200. Кольцеобразный уплотнительный элемент 240 внутри прилегает к стержню 230, а снаружи к передающему усилие элементу 260, который также обладает кольцеобразной формой.

Болт 210 выполнен, например, в виде приварного болта, установочного болта или резьбовой шпильки, причем зона контакта 250 в этом случае выполнена в виде сварного шва, соединительного зазора или иного стыка и снабжена резьбой 211. Крепежный элемент в виде гайки 160 затянут на болте 210, в данном примере навинчен на резьбу 211, обеспечивая фиксирование присоединяемого элемента 150 на болте 210, а, следовательно, на основе 200.

Передающий усилие элемент 260 имеет поверхность прилегания 261, которая служит для прилегания присоединяемого элемента 150 к передающему усилие элементу 260, а также опорную поверхность 262, которая служит для посадки передающего усилие элемента 260 на основу 200. Расстояние «а» между поверхностью прилегания 261 и опорной поверхности 262 в направлении крепления 220 точно соответствует толщине уплотнительного элемента 240 в направлении крепления 220. Благодаря этому передающий усилие элемент 260 передает соединяющее усилие от присоединяемого элемента 150 к основе без нагружения уплотнительного элемента 240 полным соединяющим усилием. При этом передающий усилие элемент 260 зажат между присоединяемым элементом 150 и основой 200.

Передающий усилие элемент 260 передает на уплотнительный элемент 240 усилие прижима лишь для того, чтобы прижать уплотнительный элемент 240 к основе 200. Передающий усилие элемент 260 имеет необходимую для этого прижимную поверхность 263, причем в случае если уплотнительный элемент 240 разгружен, расстояние «b» от прижимной поверхности 263 до опорной поверхности 262 в направлении крепления 220 меньше толщины уплотнительного элемента 240 в направлении крепления 220. Расстояние «b» составляет, например, 75% от толщины ненагруженного уплотнительного элемента. При этом уплотнительный элемент 240 для реализации его герметизирующего действия соответствующим образом сжимается. Герметизирующий эффект не зависит от соединяющего усилия, а, следовательно, также и от усилия затягивания крепежного элемента 160 на болте 210.

На фиг. 3 представлено продольное сечение болта 310, предназначенного для крепления непоказанного присоединяемого элемента к непоказанной основе. Болт 310 имеет определяющий направление крепления стержень 330, приваренный к основе уплотнительный элемент 340, предназначенный для герметизации зоны контакта стержня 330 с основой, а также передающий усилие элемент 360, предназначенный для передачи усилий сжатия присоединяемого элемента к основе. Кольцеобразный уплотнительный элемент 340 внутри прилегает к стержню 330, а снаружи к передающему усилие элементу 360, который также обладает кольцеобразной формой.

Передающий усилие элемент 360 имеет поверхность прилегания 361, которая служит для прилегания присоединяемого элемента к передающему усилие элементу 360, а также опорную поверхность 362, которая служит для посадки передающего усилие элемента 360 на основу. Обращенная в направлении крепления торцовая сторона 341 уплотнительного элемента 340 скошена таким образом, что площадь перпендикулярного направлению крепления поперечного сечения уплотнительного элемента 340 уменьшается в направлении крепления. В связи с этим по мере возрастания усилия прижима уплотнительного элемента 340 к основе герметизирующая поверхность между уплотнительным элементом и основой увеличивается.

На фиг. 4 представлено продольное сечение болта 410, предназначенного для крепления непоказанного присоединяемого элемента к непоказанной основе. Болт 410 имеет определяющий направление крепления стержень 430, приваренный к основе уплотнительный элемент 440, предназначенный для герметизации зоны контакта стержня 430 с основой, а также передающий усилие элемент 460, предназначенный для передачи усилий сжатия присоединяемого элемента к основе. Кольцеобразный уплотнительный элемент 440 внутри прилегает к стержню 430, а снаружи к передающему усилие элементу 460, который также обладает кольцеобразной формой.

Передающий усилие элемент 460 имеет поверхность прилегания 461, которая служит для прилегания присоединяемого элемента к передающему усилие элементу 460, а также опорную поверхность 462, которая служит для посадки передающего усилие элемента 460 на основу. Обращенная в направлении крепления торцовая сторона 441 уплотнительного элемента 440 снабжена двумя проходящими по периметру выемками 442, в частности, канавками, а, следовательно, площадь перпендикулярного направлению крепления поперечного сечения уплотнительного элемента 440 уменьшается в направлении крепления. В связи с этим по мере возрастания усилия прижима уплотнительного элемента 440 к основе герметизирующая поверхность между уплотнительным элементом и основой увеличивается.

Уплотнительный элемент предпочтительно изготавливают посредством вырубки из листового материала, штампования, литьевого формования или иной подобной технологии. В частности, в случае литьевого формования предпочтительным является целенаправленное формообразование, позволяющее локально повышать контактное напряжение уплотнительного элемента и/или регулировать ход контактного напряжения вдоль пути прижима таким образом, чтобы уплотняющий эффект был обеспечен также при переменном пути прижима.

Согласно не показанному на чертежах примеру осуществления изобретения для исключения повреждения при необходимости имеющегося на основе покрытия радиально-наружная зона уплотнительного элемента выступает между передающим усилие элементом и основой. Согласно другим не показанным на чертежах примерам осуществления изобретения уплотнительный элемент и передающий усилие элемент образуют монолитное изделие, выполненное из одного и того же материала. В этом случае, например, благодаря приданию уплотнитель ному элементу пригодной формы (в частности, с показанными на фиг. 4 канавками) в начале пути прижима достигается упругое поведение, а позже имеет место значительное повышение жесткости.

Изобретение рассмотрено на примерах устройства для крепления первого объекта ко второму объекту, а также технологии изготовления подобного устройства. При этом возможны любые комбинации отличительных признаков устройства, соответственно технологии его изготовления согласно описанным выше вариантам. Следует отметить, что предлагаемое в изобретении устройство и предлагаемый в изобретении способ пригодны также для иных целей.

Изобретение может быть использовано для крепления присоединяемого элемента к основе с помощью болта. Болт для крепления присоединяемого элемента к основе содержит определяющий направление крепления стержень, приваренный к основе, уплотнительный элемент, предназначенный для герметизации зоны контакта между стержнем болта и основой, и передающий усилие элемент, предназначенный для передачи усилий сжатия присоединяемого элемента к основе. Передающий усилие элемент имеет поверхность прилегания, которая служит для прилегания к нему присоединяемого элемента, прижимную поверхность, служащую для прижима уплотнительного элемента к основе, и опорную поверхность, выполненную с возможностью опоры передающего усилие элемента на основу. Изобретение обеспечивает надёжную герметизацию зоны крепления болта к основе. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Болт для крепления присоединяемого элемента к основе, содержащий определяющий направление крепления стержень, приваренный к основе, уплотнительный элемент, предназначенный для герметизации зоны контакта между стержнем болта и основой, и передающий усилие элемент, предназначенный для передачи усилий сжатия присоединяемого элемента к основе, при этом передающий усилие элемент имеет поверхность прилегания, которая служит для прилегания к нему присоединяемого элемента, прижимную поверхность, служащую для прижима уплотнительного элемента к основе, и опорную поверхность, выполненную с возможностью опоры передающего усилие элемента на основу.

2. Болт по п. 1, у которого расстояние между поверхностью прилегания и опорной поверхностью в направлении крепления точно соответствует или превышает толщину уплотнительного элемента в направлении крепления.

3. Болт по п. 1, у которого расстояние между прижимной поверхностью и опорной поверхностью в направлении крепления меньше толщины уплотнительного элемента в направлении крепления.

4. Болт по п. 3, у которого расстояние между прижимной поверхностью и опорной поверхностью составляет от 50 до 90% от толщины уплотнительного элемента.

5. Болт по п. 3, у которого площадь поперечного сечения уплотнительного элемента, перпендикулярного направлению крепления, уменьшается в направлении крепления.

6. Болт по п. 1, у которого уплотнительный элемент имеет кольцеобразную форму, при этом внутри прилегает к стержню и/или снаружи прилегает к передающему усилие элементу.

7. Болт по п. 1, у которого передающий усилие элемент имеет кольцеобразную форму.

8. Болт по п. 1, у которого уплотнительный элемент и/или передающий усилие элемент имеет кольцеобразную форму.

9. Болт по любому из пп. 1-8, в котором присоединяемый элемент выполнен с возможностью привинчивания его к болту.

10. Система крепления присоединяемого элемента к основе, содержащая основу, приваренный к основе болт по любому из пп. 1-9 и присоединяемый элемент.

11. Система крепления по п. 10, в которой передающий усилие элемент приваренного болта зажат между присоединяемым элементом и основой.