КОНСТРУКЦИОННАЯ МОНТАЖНАЯ ВСТАВКА
STRUCTURAL SITE INSERT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способам и устройствам защиты двух или более компонентов от коррозии, ослабления крепежа (например, уменьшение момента затяжки) или того и другого.
Уровень техники
В течение многих лет промышленность разрабатывает герметизирующие материалы и конструкционные материалы, которые можно помещать между поверхностями элементов для ограничения воздействия окружающей среды на эти поверхности и/или для облегчения соединения этих поверхностей. Однако такие материалы имеют недостатки. Первый пример: характеристики расширения/сжатия материалов во время воздействия температурных колебаний могут ограничить герметизирующие возможности материалов и/или могут разрушить материалы. Другой пример: такие материалы могут ограничить возможность скрепления элементов друг с другом или могут иметь ограниченную возможность улучшения скрепления элементов друг с другом. Таким образом, в настоящем изобретении предлагается вставка, которая действует как уплотнение, конструкционный клеящий материал, так и то и другое или подобное, при этом материал, по меньшей мере, помогает преодолеть первый из вышеупомянутых недостатков или другие недостатки.
Раскрытие изобретения
Соответственно раскрывается конструкционная монтажная вставка, используемая во время монтажа первого и второго элемента. Обычно конструкционную монтажную вставку помещают посередине и конфигурируют ее, чтобы изолировать зоны соединения первого и второго компонента от окружающей среды. Конструкционная монтажная вставка обычно включает в себя базовый элемент (например, элемент, образованный из конструкционного сеточного материала), форма которого соответствует форме зоны соединения между первым и вторым элементом и термоактивируемым материалом, помещенным внутрь, по меньшей мере, по участку конструкционного сетчатого материала. В первом варианте выполнения базовый элемент может иметь некоторое число продолжающихся отверстий и отверстия, если требуется, могут быть одинаковыми по форме, и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Термоактивируемый материал может быть помещен внутри отверстий и также в основном образован из гибкого материала. При монтаже первого и второго компонента термоактивируемый материал обычно вытесняют, чтобы обеспечить непосредственный контакт между базовым элементом и как первым, так и вторым элементом. Кроме того, при подводе тепла термоактивируемый материал обычно расширяется для заполнения отверстий, образованных в базовом элементе, и герметизации базового элемента и зон соединения первого и второго элементов.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид сверху на конфигурацию конструкционной монтажной вставки согласно сведениям о настоящем изобретении.
Фиг.2 - вид в разрезе конструкционной монтажной вставки, показанной на фиг.1, с добавлением первого и второго элемента до соединения согласно сведениям о настоящем изобретении.
Фиг.3 - увеличенное изображение конструкционной монтажной вставки, показанной на фиг.2.
Фиг.4 - конструкционная монтажная вставка, показанная на фиг.3, после соединения двух компонентов.
Фиг.5 - конструкционная монтажная вставка, показанная на фиг.4, после активации одного имеющегося материала согласно сведениям о настоящем изобретении.
Фиг.6 - вид в разрезе, аналогичный виду в разрезе, показанному на фиг.5, но для соединения двух элементов используется монтажный крепеж.
Фиг.7 - пример применения конструкционной монтажной вставки согласно сведениям о настоящем изобретении.
Фиг.8 - вид сверху на другую конфигурацию конструкционной монтажной вставки согласно сведениям о настоящем изобретении.
Фиг.9 - вид в разрезе конструкционной монтажной вставки, показанной на фиг.8.
Фиг.10 - увеличенное изображение вида в разрезе из фиг.9.
Фиг.11 - конструкционная монтажная вставка, показанная на фиг.10, после соединения двух компонентов.
Фиг.12 - конструкционная монтажная вставка, показанная на фиг.11, после активации одного имеющегося материала согласно сведениям о настоящем изобретении.
Фиг.13 - вид сверху на другую конфигурацию конструкционной монтажной вставки согласно сведениям о настоящем изобретении.
Фиг.14 - вид в разрезе конструкционной монтажной вставки, показанной на фиг.13.
Фиг.15 - увеличенное изображение вида в разрезе из фиг.14.
Фиг.16 - конструкционная монтажная вставка, показанная на фиг.15, после соединения двух компонентов.
Фиг.17 - конструкционная монтажная вставка, показанная на фиг.16, после активации одного имеющегося материала согласно сведениям о настоящем изобретении.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение основано на способах и устройствах для принудительного монтажа конструкционных элементов наряду с предотвращением или значительным ограничением воздействия на такие элементы окружающих условий, которые, возможно, могут вызвать коррозию. Со ссылкой на чертежи это можно обеспечить с помощью использования вставки 10, помещенной между первым и вторым элементом 12, 14 соответственно, до соединения этих элементов. Вставка включает в себя элемент принудительного размещения для поддержания расстояния между первым и вторым элементом и герметик, который можно сконфигурировать для заполнения открытого пространства между первым и вторым элементом, окружения вставки и соединения участков первого и второго элементов со вставкой или и того и другого. Герметик может быть активируемым, гибким или иметь оба эти свойства для изолирования как вставки, так и контактирующих участков 16, 18 конструкционных элементов от окружающей среды.
Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что оно значительно ограничивает или предотвращает уменьшение момента затяжки или ослабление крепежа во время термоциклирования или иной обработки соединенных элементов. Например, во время многократных циклов нагрева и охлаждения стандартные устройства герметизации расширяются и сжимаются из-за изменений температуры. Поскольку единственный разделительный материал, используемый в таких прежних устройствах, содержит сам герметизирующий материал, обычно влага попадает в зазоры, образованные герметиком во время этого термоциклирования. Кроме того, обычно прежние герметизирующие устройства также подвергаются смещению, что вызывает образование зазоров, которые могут увеличиваться при повышенных температурах.
Настоящее изобретение решает эти и другие проблемы, обеспечивая материал с повышенной прочностью для образования зазора, или иначе, обеспечивая разделитель между первым и вторым элементами. Герметик вставки затем герметизирует любые зазоры, образованные между первым и вторым элементами, и окружает вставку, таким образом, значительно ограничивая или предотвращая коррозию зон соединения первого и второго элементов. Причина состоит в том, что из-за сочетания разделителя с высокой прочностью и герметизирующего материала, герметизирующего края вставки, значительно ограничивается или предотвращается контакт влаги с точками контакта первого и второго элемента, что, кроме того, не позволяет электролитам инициировать коррозию, поскольку они образуются из влаги.
В общем, вставка 10 включает в себя первый компонент 20, 62, 72, содержащий жесткий материал, сконфигурированный для сопротивления деформации при приложении усилия, используемого для соединения конструкционных элементов. Вставка также включает в себя второй компонент 22, который предпочтительно полностью закрывает или прикреплен иначе, или крепится к первому компоненту. Второй компонент, по меньшей мере, является частично гибким, чтобы окружать вставку и точки или зоны контакта конструкционных элементов.
Во время соединения первого и второго конструкционного элемента второй компонент может быть активирован или иным образом деформирован, вызывая герметизацию вставки и точек контакта конструкционных элементов, таким образом, ограничивая или предотвращая воздействие движущихся компонентов коррозии, таких как вода, которые могут вызывать коррозию конструкционных компонентов.
Следует принять во внимание, что упомянутое выше является лишь одним из многих примеров и преимуществ настоящего изобретения и последующее описание предусматривает, в косвенной и/или прямой форме, другие примеры и преимущества настоящего изобретения, которые, кроме того, сопровождаются чертежами.
Первый компонент - материал разделителя
Вставка включает в себя первый компонент 20, содержащий гибкий или жесткий материал, который сконфигурирован так, чтобы действовать как разделитель для первого и второго элементов 12, 14. Однако предпочтительно, чтобы первый компонент был сконфигурирован по прочности, чтобы оказывать значительное сопротивление деформации во время крепления первого и второго элементов. Соответственно, предусматривается, чтобы первый компонент был образован из высокопрочного материала.
Пригодные материалы, которые можно использовать для образования первого компонента, включают в себя материалы, такие как металл, пластик, керамика, резина или иные. В одной конфигурации первый компонент образован из полимера. В другой предпочтительной конфигурации первый компонент образован из металла (например, тонколистовой материал или иное) из-за его гибкости (например, эластичность) и высокой прочности для сопротивления пластической деформации. Примеры пригодных металлических материалов включают в себя нержавеющую сталь, легированную сталь, сталь с покрытием или без покрытия, оцинкованную сталь, низко- и высокоуглеродистую сталь, кобальт, другие металлические материалы, подобные или иные материалы. Разумеется, в наличии имеются другие специальные материалы, такие как те, что обычно используются в текстильных изделиях, или иные.
В первой типовой конфигурации, как показано на фиг.1-6, первый компонент 10 образован или иным образом включает в себя некоторое число отверстий 24, образованных для размещения, по меньшей мере, участка второго компонента 22. Эти отверстия могут быть образованы, с помощью любого имеющегося способа образования (например, литье или иное). Отверстия могут быть геометрическими или негеометрическими (т.е. нестандартными). Геометрия отверстий может изменяться в зависимости от необходимости и заданного применения. Имеющиеся отверстия могут быть круглыми, треугольными, квадратными или прямоугольными, шестиугольными, восьмиугольными и т.д. или иными.
Размеры отверстий 24 также могут варьироваться для каждого применения. Предусматривается, что отверстия включают в себя диаметр меньше 5 мм, 2 мм, 1 мм, 0,5 мм, 0,25 мм или менее. Также предусматривается, что средний диаметр может составлять от 0,25 до 1 мм, от 0,5 до 1 мм или иначе. Следует принять во внимание, что форма и размер отверстий по всему первому компоненту могут варьироваться. Однако в первой предпочтительной конфигурации форма и размер отверстий являются постоянными по всему первому компоненту. Если первый компонент включает в себя отверстия и, в частности, если этот компонент является сетчатым материалом или иным, обычно имеется, как минимум 10, более обычно, по меньшей мере, 150 и еще более обычно, по меньшей мере, 300 отверстий на квадратный дюйм и/или примерно менее 3000, более обычно примерно менее 800 и еще более обычно примерно менее 500 отверстий на квадратный дюйм.
Первый компонент может быть образован с помощью различных способов образования. Первый компонент может быть тканым или нетканым из одной или некоторого количества нитей, проволок или подобного. Первый компонент может содержать или быть образован аналогично сетчатому экрану или подобному. Что касается тканых конфигураций, первый компонент может быть образован из сетчатого материала, такого как металлическая или полимерная сетка, что позволяет получить отверстия 24. Имеются и другие способы.
Диаметр ниток или проволок, образующих первый компонент, также может варьироваться для каждого применения. Предполагается, что нитка или проволока включает в себя диаметр менее 10 мм, 5 мм, 1 мм, 1 мм или 0,5 мм или менее. Также предполагается, что средний диаметр ниток или проволок может составлять от 0,25 мм до 2 мм, от 0,5 мм до 1 мм, от 0,3 мм до 0,8 мм или иное. Следует предположить, что форма и размер проволок могут варьироваться по всему первому компоненту. Однако в первой предпочтительной конфигурации форма и размер являются постоянными по всему первому компоненту. Форма сечения проволок также может быть круглой, овальной, квадратной, прямоугольной, шестиугольной или иной.
Во второй и третьей конфигурации первого компонента, как более подробно указывается ниже, предполагается, что первый компонент может включать в себя базовый элемент, имеющий один или несколько элементов, такие как выступы, продолжающиеся от одной или обеих сторон до контакта, и пространственно расположенный базовый элемент от первого и второго элемента. Это пространственное расположение обеспечивает размещение второго материала между базовым элементом и первым или вторым компонентом, что обуславливает герметизацию. В первой конфигурации базовый элемент может быть образован почти из любого типа листового металла или другого материала (например, из тонколистовой стали для регулировочных прокладок) или подобного и, следовательно, ему можно придать форму для образования некоторого числа выступов.
Во второй типовой конфигурации, как показано на фиг.8-12, первый компонент включает в себя базовый элемент 62, имеющий некоторое количество выступов 64, продолжающихся от него. Выступы могут продолжаться от одной или обеих сторон базового элемента и предпочтительно расположены на расстоянии друг от друга. Выступы могут образовывать вдоль базового элемента симметричный или несимметричный рисунок. Соответственно предполагается, что выступы могут образовывать один или несколько повторяющихся рисунков.
Выступы 64 могут быть прикреплены или иным образом образованы совместно с базовым элементом для образования единой конструкции. Выступы могут быть образованы с помощью какого-либо имеющегося способа образования (такого как литье, штамповка, сварка или иное). Эти выступы могут быть по форме геометрическими или негеометрическими (т.е. нестандартными), причем геометрия выступов может варьироваться в зависимости от требования заданного применения. Пригодные выступы могут быть круглыми, треугольными, квадратными или прямоугольными, шестиугольными, восьмиугольными и т.п. или иными. В первой предпочтительной конфигурации выступы включают в себя верхнюю поверхность 66, параллельную базовому элементу, и включают один или несколько (например, 2, 4 или иное) боковых элементов 68 для соединения верхней поверхности с базовым элементом. Эти боковые элементы могут быть перпендикулярны базовому элементу или верхним поверхностям или могут быть ориентированы по диагонали.
5
5
2
2
2
2
Размер выступа может варьироваться для каждого применения. Предполагается, что размер выступа (например, верхняя поверхность или сочетание верхней поверхности и боковых элементов) может включать в себя площадь отпечатка примерно 0,25 мм, 0,5 мм, 1 мм, 2 мм, 5 мм, 10 мм или более. Следует принять во внимание, что размер отпечатка выступа может варьироваться по всему первому компоненту. Однако в первой предпочтительной конфигурации размеры отпечатков являются постоянными по всему первому компоненту.
Предпочтительно, чтобы весь базовый элемент и/или выступы или их часть включала в себя слой второго компонента 22. Второй компонент может быть расположен с одной или обеих сторон первого компонента. Однако в предпочтительной конфигурации второй компонент расположен с обеих сторон базового элемента и на выступах.
В третьей типовой конфигурации, как показано на фиг.13-17, первый компонент включает в себя базовый элемент 72, имеющий некоторое количество выступов 74, продолжающихся от него. Выступы могут продолжаться от одной или обеих сторон базового элемента и предпочтительно находятся на расстоянии друг от друга. Выступы могут образовывать симметричный или асимметричный рисунок вдоль базового элемента. Соответственно предполагается, что выступы могут образовывать один или несколько повторяющихся рисунков.
Выступы 74 могут быть прикреплены или иным образом образованы совместно с базовым элементом для образования единой конструкции. Выступы могут быть образованы с помощью какого-либо имеющегося способа образования (такого как литье, штамповка, сварка или иное). Эти выступы могут быть по форме геометрическими или негеометрическими (т.е. нестандартными), причем геометрия выступов может варьироваться в зависимости от требования заданного применения. Пригодные выступы могут быть круглыми, треугольными, квадратными или прямоугольными, шестиугольными, восьмиугольными и т.п. или иными. В первой предпочтительной конфигурации выступы включают в себя верхнюю поверхность 76, параллельную базовому элементу, и включают один или несколько боковых элементов 78 для соединения верхней поверхности с базовым элементом. Эти боковые элементы могут быть перпендикулярны базовому элементу или верхним поверхностям или могут быть ориентированы по диагонали. Кроме того, боковой элемент может содержать дугообразный элемент. Однако в первой конфигурации верхний участок и боковой участок включает куполовидную конструкцию.
2
2
2
2
2
2
Размер выступа может варьироваться для каждого применения. Предполагается, что размер выступа (например, верхняя поверхность или сочетание верхней поверхности и боковых элементов) может включать в себя площадь отпечатка примерно 0,25 мм, 0,5 мм, 1 мм, 2 мм, 5 мм, 10 мм или более. Следует принять во внимание, что размер отпечатка выступа может варьироваться по всему первому компоненту. Однако в первой предпочтительной конфигурации размеры отпечатков являются постоянными по всему первому компоненту.
Предпочтительно, чтобы весь базовый элемент и/или выступы или их часть включала в себя слой второго компонента 22. Второй компонент может быть расположен с одной или обеих сторон первого компонента. Однако в предпочтительной конфигурации второй компонент расположен с обеих сторон базового элемента и на выступах.
Что касается содержащихся здесь различных вариантов или иного, предполагается, что весь первый компонент или его участок может быть покрыт, например, герметиком или иным образом.
Второй компонент - герметизирующий материал.
Вставка также включает в себя второй компонент, содержащий герметизирующий материал, адаптированный для герметизации вставки и зон соединения первого и второго компонентов. Второй материал можно сконфигурировать для смещения (например, упруго, пластично или с помощью того и другого) во время соединения первого и второго элемента. Второй компонент обеспечивается первым компонентом во время использования или применения к первому и/или второму элементу. Предпочтительно крепить или иным образом соединять второй компонент с первым компонентом, чтобы улучшить монтаж и снизить производственные расходы.
В первой конфигурации второй компонент в значительной степени или полностью закрывает первый компонент. Второй компонент можно наносить на первый компонент с помощью стандартных способов, как указано в этой работе. Однако в первой предпочтительной конфигурации первый компонент погружается или иным способом опускается во второй компонент.
Второй компонент может быть образован из любых компонентов материалов, указанных в этой работе. Сюда относятся герметизирующие материалы, материалы для уменьшения шумовых вибраций, конструкционные материалы или иное. Однако в предпочтительной конфигурации материал сконфигурирован для обеспечения герметизации для предотвращения попадания влаги (например, агрессивных жидкостей любого рода, включая воду и иное) между вторым компонентом и первым или вторым элементом.
Второй компонент может содержать неактивируемый материал, активируемый материал или сочетание их обоих. Например, второй компонент может содержать неактивируемый материал, такой как типовое уплотнение или иное, используемый или позволяющий герметизировать компоненты, и который подвергается незначительным или не подвергается вовсе физическим или химическим изменениям при подводе энергии. Как вариант, второй компонент может содержать активируемый материал, который подвергается физическим и/или химическим изменениям при подводе энергии, как здесь описано. Кроме того, предполагается, что только участок второго компонента может быть активируемым.
В первой предпочтительной конфигурации второй компонент содержит или включает в себя активируемый материал для обеспечения герметизации. Более предпочтительно, чтобы второй компонент содержал термоактивируемый материал, сконфигурированный для расширения при подводе энергии (например, тепла или иного). В другой предпочтительной конфигурации второй компонент включает нерасширяемый материал и/или неактивируемый материал, причем второй материал образует приближенно зону контакта первого и второго компонентов и заполняет открытое пространство между ними. Дополнительные пригодные материалы и способы образования для второго компонента описаны ниже.
Расширяемый материал можно наносить на несущий элемент с помощью способов литья или формования, которые могут быть автоматическими, полуавтоматическими или ручными. Такие способы включают в себя выдувное формование, ротационное литье, литье под давлением, прессование в формах или иное. В первом весьма предпочтительном варианте расширяемый материал наносят не несущий элемент с помощью процесса экструзии (например, соэкструзия).
Толщина второго компонента может варьироваться в зависимости от ряда факторов, например, является ли второй компонент активируемым или расширяемым и до какой степени. Толщина также может зависеть от объема открытого пространства, которое должно быть заполнено, между первым и вторым элементами или вокруг первого элемента. Кроме того, толщина может базироваться на пластичности второго компонента. Примеры пригодных толщин составляют примерно от 0,5 до 10 мм или примерно от 1 до 5 мм или иное.
Расширяемый материал может быть образован из нескольких различных материалов. В общем, элемент может использовать технологию или процессы для образования и нанесения расширяемого материала, такого как материалы, раскрытые в патентах США №№4,922,596, 4,978,562, 5,124,186 и 5,884,960, и находящихся в обычном владении рассматриваемых заявках США серийные №№09/502,686, предъявленный к регистрации 11 февраля 2000 г., и 09/524,961, предъявленный к регистрации 14 марта 2000 г., и реестре поверенных по заявкам №1001-141, предъявленным к регистрации 15 июня 2004 г., причем все они в прямой форме включены путем ссылки во всех отношениях. Обычно при использовании для усиления расширяемый материал образует термоактивируемый уплотняющий материал (например, пену), имеющий высокие прочность и жесткость на сжатие и характеристики вспенивания. Например, модуль прочности на сжатие материала предпочтительно больше примерно 100 МПа и более предпочтительно больше примерно 800 МПа и еще более предпочтительно больше примерно 1500 МПа.
Материал может быть, в общем, сухим на ощупь или клейким и может быть расположен на первом компоненте или подобном в любой форме желаемого рисунка, размещения или толщины, но желательно, чтобы толщина была в значительной степени одинаковой. Первым типовым расширяемым материалом является конструкционная пена L-5204, которую можно приобрести у L&L Products, Inc., Ромео, штат Мичиган.
Примеры других клейких или неклейких материалов включают в себя L-2663, L-2610, L-2609, L-2701 или другие подобные материалы, которые можно приобрести у L&L Products, Inc., Ромео, штат Мичиган.
Хотя для расширяемых материалов можно использовать другие термоактивируемые материалы, предпочтительным термоактивируемым материалом является расширяемый полимер или пластик и предпочтительно материал, который может вспениваться. Особо предпочтительным материалом является конструкционная пена на эпоксидной основе. Например, и без ограничения конструкционная пена может быть материалом на эпоксидной основе, включающим в себя сополимер или терполимер этилена, который может иметь альфа-олефин. В качестве сополимера или терполимера полимер состоит из двух или трех различных мономеров, т.е. маленьких молекул с высокой химической активностью, которые могут соединяться с подобными молекулами.
В технике известен ряд конструкционных уплотнительных или герметизирующих пен на эпоксидной основе, которые также можно использовать для изготовления конструкционной пены. Типовая конструкционная пена включает в себя материал на полимерной основе, например эпоксидную смолу, или полимер на основе этилена, который при смешивании с соответствующими ингредиентами (обычно порообразующая и отверждающая добавка) расширяется и надежно затвердевает заданным образом при подводе тепла или в особых окружающих условиях. На основе химических свойств термоактивируемого материала или термоотверждающегося материала конструкционная пена перед затвердеванием обычно первоначально обрабатывается как жидкотекучий термопластичный материал. Такой материал при затвердевании, как правило, будет образовывать поперечные связи, что делает его неспособным к дальнейшему течению.
Примером предпочтительного состава конструкционной пены является материал на эпоксидной основе под обозначениями L5206, L5207, L5208, L5209, который можно приобрести у L&L Products, Inc., Ромео, штат Мичиган. Первым преимуществом предпочтительных материалов конструкционной пены перед прежними материалами является то, что предпочтительные материалы можно обрабатывать несколькими способами. Предпочтительные материалы можно обрабатывать литьем под давлением, экструзионным прессованием, многокомпонентным формованием на подвижном элементе или с помощью мини-устройства подачи. Это обеспечивает образование и создание конструкций, которые превосходят возможности большинства предыдущих материалов. В предпочтительном варианте выполнения конструкционная пена (в неотвержденном состоянии), в общем, является сухой или относительно нелипкой на ощупь и ее можно легко присоединить к несущему элементу с помощью крепежных средств, хорошо известных в технике.
Несмотря на то, что были раскрыты предпочтительные материалы для изготовления расширяемого материала, расширяемый материал может быть образован из других материалов при условии, что выбранный материал является термоактивируемым или активируемым иным образом с помощью окружающих условий (например, влага, давление, время или подобное) и надежно затвердевает заданным образом при соответствующих условиях для выбранного применения. Одним таким материалом является смола на эпоксидной основе, раскрытая в патенте США №6,131,897, сведения о котором включены в эту работу посредством ссылки и который зарегистрирован в Ведомстве США по патентам и товарным знакам 8 марта 1999 г. правоприобретателем по этой заявке. См. также патенты США №№5,766,719; 5,755,486; 5,575,526 и 5,932,680 (включенные посредством ссылки). В общем, требуемые характеристики расширяемого материала включают в себя относительно высокую жесткость, высокую прочность, высокую температуру перехода в стеклообразное состояние (обычно, выше 70 градусов Цельсия) и адгезионную способность в течение длительного срока. Следовательно, материал, в общем, не препятствует системам материалов, используемых производителями автомобилей. Типовые материалы включают в себя материалы, продаваемые под обозначением L5207 и L5208, которые можно приобрести у L&L Products, Inc., Ромео, штат Мичиган.
Обычно при использовании усиления расширяемый материал конфигурируют, чтобы расширить его объем от 110% до 500%, более обычно от 130% до 300% и еще более обычно от 150% до 250% его оригинального нерасширенного объема. Также предполагается, что, когда систему настоящего изобретения используют для герметизации или отклонения потока, расширяемый материал может быть предназначен для абсорбции или ослабления звука, ограничения или предотвращения прохода материалов через полость или подобного. По существу, расширяемый материал может быть сконфигурирован для расширения до объема, который составляет, по меньшей мере, 200%, по меньшей мере, 400%, по меньшей мере, 800%, по меньшей мере, 1600% или даже, по меньшей мере, 3000% его оригинального нерасширенного объема. Примеры такого расширяемого материала описаны в реестре поверенных по заявкам №1001-141, предъявленным к регистрации 15 июня 2004 г., в прямой форме включенным путем ссылки
В применениях, где расширяемый материал является термоактивируемым терморасширяющимся материалом, важным фактором, рассматриваемым вместе с выбором и составом материала, содержащего конструкционную пену, является температура, при которой будут иметь место реакция или расширение материала и возможное затвердевание. Например, в большинстве применений нежелательно, чтобы материал был реакционноспособным при комнатной температуре или иначе при температуре воздуха в окружающей среде на производственной линии. Более обычно конструкционная пена становится реактивной при высоких температурах обработки, например температурах, встречающихся в сборочном цехе, когда пену обрабатывают вместе с компонентами автомобиля при повышенных температурах или при высоких уровнях подводимой энергии, например во время операций затвердевания краски. Между тем как температуры, встречающиеся на операциях сборки автомобилей, могут находиться в диапазоне примерно от 148,89°C до 204,44°C (примерно от 200°F до 400°F), в кузовном и покрасочном цехе они обычно составляют примерно 93,33°C (примерно 200°F) или немного выше. Аналогично, во время производства другого транспортного средства (например, велосипедов, мотоциклов, всех наземных транспортных средств или иного) в ходе процесса затвердевания краски (например, при порошковом покрытии) или иного также могут использоваться высокие температуры. В первой конфигурации материал становится реакционноспособным при температурах выше примерно 120°C или выше примерно 150°C или даже выше примерно 160°C. При необходимости в состав может быть введена порообразующая активирующая добавка, чтобы вызвать расширение при различных температурах вне указанных выше диапазонов.
Согласно примеру предполагается, что материал может затвердевать в ходе операции затвердевания порошкового покрытия. Во время такой операции материал может подвергаться воздействию температурного диапазона приблизительно 120°-230°C с длительностью воздействия примерно 10-60 минут. Кроме того, предполагается, что материал может затвердевать во время операции дисперсионного твердения. При этой операции материал может подвергаться воздействию температурного диапазона приблизительно 150°-230°C с длительностью воздействия примерно 45 минут - 8 часов.
В общем, пригодные расширяемые пены имеют диапазон расширения, изменяющийся приблизительно от 0 до более чем 1000 процентов. Уровень расширения расширяемого материала 30 может быть увеличен до 1500 процентов и более. Обычно прочность и жесткость получают при использовании продуктов, имеющих низкое расширение.
Некоторые другие возможные материалы для расширяемого материала включают в себя, но не ограничиваются этим, полиолефиновые материалы, сополимеры и терполимеры, по меньшей мере, с одним мономером, альфа-олефином, фенолформальдегидные материалы, феноксильные материалы и полиуретан. См. также патенты США №№5,266,133; 5,766,719; 5,755,486; 5,575,526; 5,932,680 и WO 00/27920 (PCT/US 99/24795) (причем все они в прямой форме включены путем ссылки). В общем, требуемые характеристики получаемых материалов включают в себя относительно низкую температуру перехода в стеклообразное состояние и хорошую адгезионную способность в течение длительного срока. Таким образом, материал, в общем, не препятствует системам материалов, используемых производителями автомобилей и других транспортных средств (например, велосипедов, мотоциклов, всех наземных транспортных средств или иного). Кроме того, он будет выдерживать условия обработки, обычно встречающиеся в производстве транспортных средств, например электростатическую грунтовку, очистку и обезжиривание, и другие процессы нанесения покрытий, а также операции покраски, встречающиеся при окончательной сборке транспортных средств.
В другом варианте выполнения расширяемый материал обеспечивается в герметизированной или частично герметизированной форме, которая может включать в себя шарик, который включает в себя расширяемый вспениваемый материал, герметизированный или частично герметизированный в оболочке из вязкого материала. Пример одной такой системы раскрыт в находящейся в обычном владении рассматриваемой заявке США серийный №09/524,298 («Расширяемая предварительно формованная заглушка»), включенной путем ссылки.
Кроме того, как описано выше, также могут использоваться предварительно формованные образцы, например образцы, изготовленные путем экструзии листа (имеющие плоскую или фасонную поверхность) и последующей вырубки согласно заданной конфигурации в соответствии с выбранной конструкцией, несущим элементом или подобным и, кроме того, применением.
Квалифицированный специалист примет во внимание, что система может использоваться совместно или в качестве компонента стандартного отражателя звука или системы усиления конструкции транспортного средства, например, раскрытого в находящихся в обычном владении рассматриваемых заявках США серийные №№09/524,961 или 09/502/686 (включенные путем ссылки).
Предполагается, что материал расширяемого материала мог быть подан и размещен так, что он контактирует с элементами сборки с помощью ряда систем подачи, которые включают, но не ограничиваются этим, узел механического фиксирования, общеизвестные в технике средства экструзии, а также средства для мини-устройства подачи согласно сведениям из находящегося в обычном владении патента США №5,358,397 («Аппарат для экструзии жидких материалов»), включенного в прямой форме путем ссылки. В этом неограниченном варианте изобретения материал или среда, по меньшей мере, частично покрыты активным полимером, имеющим характеристики демпфирования, или другим термоактивируемым полимером (например, формуемые полимеры на основе термоплавкого клея или расширяемая конструкционная пена, примеры которых включают в себя олефиновые полимеры, виниловые полимеры, термопластичные каучуксодержащие полимеры, эпоксидные смолы, уретаны или подобное). Вспениваемый или расширяемый материал может быть зафиксирован на выбранной поверхности или подложке, помещен в валики или шарики для размещения по направлению подложки или элемента с помощью экструзии, помещен по направлению подложки с помощью технологии отражения; применение литья под давлением согласно сведениям, хорошо известным в технике; поддающиеся перекачиванию системы, которые могли включать в себя применение системы перегородок и диафрагм; и системы, поддающиеся разбрызгиванию.
В другой предпочтительной конфигурации, как упомянуто выше, второй материал может быть неактивируемым и/или нерасширяемым. В этой конфигурации предполагается, что при приложении усилия и добавочной активации второй материал пластически деформируется, чтобы окружить вставку и зону контакта первой и второй вставки, чтобы обеспечить их герметизацию. Соответственно, в первой конфигурации второй материал может содержать уплотнение. Например, второй материал может содержать какое-либо пригодное уплотнение, используемое для герметизации соединяемых компонентов.
Форма и размер вставки может варьироваться в зависимости от применения. Предполагается, что вставка может, в общем, быть квадратной или прямоугольной по форме. Однако другие формы включают в себя круглую, овальную, семиугольную, шестиугольную и т.п. формы или иные, включая в себя предполагаемые стандартные и нестандартные формы. Толщина вставки также может варьироваться в зависимости от приложения усилия. Однако толщина может быть меньше 10 мм, 5 мм, 2 мм или менее. Соответственно, предполагается, что вставка имеет непрерывную толщину в диапазоне от 1 мм до 10 мм или даже от 2 мм до 5 мм или иную.
Способ использования
Ссылаясь на фиг.2-6, фиг.8-12 и фиг.13-17, соответственно показано три примера использования вставки настоящего изобретения. Настоящее изобретение, в частности, подходит для крепления (например, с помощью ботового соединения или иного) систем для соединения и поддержания расстояния между двумя или более компонентами. Вставку, как здесь описано, помещают между первым и вторым элементом 12, 14 до их скрепления. Первый и второй элементы затем сближают и прикладывают усилие F за счет использования крепежных устройств или иным образом.
Как показано в трех примерах, отверстия могут быть образованы между первым компонентом и первым и вторым элементами 12, 14. Эти отверстия могут быть частично или полностью заполнены вторым компонентом перед активацией второго материала, после активации второго материала или и то и другое. Например, во время крепления первого и второго элемента момент затяжки, создаваемый во время скрепления первого и второго элемента, может заставить второй материал, расположенный поверх первого компонента, сместиться и частично или полностью заполнить открытые пространства; во время активации второго материала открытые пространства могут быть дополнительно заполнены вторым расширяющимся материалом.
Ссылаясь на фиг.4, 11 и 16, при увеличении усилия второй компонент, содержащий герметизирующий материал, смещается в отверстия или вдоль выступов, образованных первым компонентом 20, 62, 72 и/или наружу конечного участка первого компонента. Смещение продолжается до тех пор, пока первый и второй элемент контактируют с первым элементом, что может включать в себя контакт с выступами. В этом месте первый компонент действует как разделитель для образования и поддержания по существу непрерывного зазора между первым и вторым элементом. Как указано ранее, первый компонент пригоден по прочности для обеспечения противодействующего усилия приложенному усилию без значительной деформации. Однако, что касается второго и третьего вариантов выполнения первого компонента 62, 72, выступы 64, 74 могут быть сконфигурированы для деформации в направлении поверхности первого компонента.
Как показано на фиг.5, 12 и 17, с прикрепленными первым и вторым элементами второй компонент может быть активирован, что в первой предпочтительной конфигурации заставляет второй компонент расширяться и заполнять любые отверстия, образованные первым компонентом, или открытые пространства, образованные между выступами. Кроме того, следует принять во внимание, что материал снаружи первого компонента также расширяется для образования уплотнения вокруг всего первого компонента. В этом месте зоны контакта первого и второго элементов и вставки полностью изолируются от окружающей среды.
Ссылаясь на фиг.6, во вставке образованы отверстия, расширяемый материал заполняет окружающую зону, где проходит крепеж, чтобы значительно ограничить или предотвратить попадание влаги.
Первый специальный пример
Ссылаясь на фиг.7, показан первый неограниченный пример и использование конструкционной монтажной вставки настоящего изобретения. Следует принять во внимание, что может быть использован любой из вариантов выполнения (например, первые компоненты или иное). В этой конфигурации обеспечивается петля 30 в сборе для монтажа компонента двери к элементу рамы автомобиля. Петля включает в себя первый элемент 32 петли, включая первый монтажный элемент 34 для крепления двери автомобиля. Первый элемент петли включает в себя: i) плоскую монтажную поверхность 36, включая ряд отверстий 38, образованных в ней для размещения одного или нескольких механических крепежных деталей, используемых для монтажа первого элемента петли на двери автомобиля, ii) кронштейны 40, продолжающиеся от противоположных сторон плоской монтажной поверхности; кронштейны включают в себя в себя первое отверстие 42, продолжающееся через кронштейны для образования участка шарнирного соединения.
Петля также включает в себя второй элемент 44 петли, включая второй монтажный элемент 46 для крепления к элементу рамы автомобиля. Второй элемент петли включает в себя плоскую монтажную поверхность 48, включая: i) ряд крепежных деталей 50, продолжающихся от него для монтажа первого элемента петли к элементу рамы автомобиля, ii) кронштейны 52, продолжающиеся от противоположных сторон плоской монтажной поверхности; кронштейны включают в себя второе отверстие 54, продолжающееся через кронштейны для образования участка шарнирного соединения.
Кроме того, петля включает в себя шарнирное соединение для поворотного крепления первого элемента петли ко второму элементу петли; поворотное соединение, образованное из первого отверстия, второго отверстия и пальца 56, продолжающегося через первое и второе отверстие, кронштейны первого и второго элемента петли примыкают друг к другу и могут поворачиваться относительно друг друга; шарнирное соединение, кроме того, включает в себя один или несколько элементов 58 для временного или постоянного предотвращения удаления пальца из первого и второго отверстий.
Петля, кроме того, включает в себя конструкционную монтажную вставку, как здесь описано. Как показано, вставка включает в себя отверстия 60, образованные в ней для размещения монтажного элемента второго элемента петли. Эти отверстия могут варьироваться в зависимости от применения.
Другие применения
Систему усиления настоящего изобретения можно использовать в различных аспектах конструктивного усиления, в частности, в транспортной отрасли для мотоциклов, велосипедов, автомобилей, лодок, поездов и иного. В первом особо полезном применении система усиления настоящего изобретения может быть использована для применения там, где соединяются металлические компоненты и где такие компоненты обычно подвержены воздействию влаги. В этих конфигурациях вставка настоящего изобретения обеспечивает жесткий монтаж таких компонентов, при этом защищая их от коррозии. Дополнительные компоненты, для которых может быть полезным настоящее изобретение, включают в себя, без ограничения, передние и задние бамперные системы, двери кузова, усиления нижней части кузова или подобное.
Следует принять во внимание, что системы усиления настоящего изобретения могут использоваться в цехах ремонта кузовов, цехах общей сборки, или иным образом. Система усиления не только обеспечивает улучшенное крепление для двух или более компонентов во время начального изготовления, но также обеспечивает улучшенное крепление для компонентов, чья пригодность к эксплуатации (например, прочность или иное) была подвергнута риску, например, во время аварии.
Настоящее изобретение, как было описано, может обеспечить множество преимуществ. Как пример, отдельное устройство или их совместное использование могут обеспечить (например, с помощью болтов, винтов или иного крепежа) крепление двух и более поверхностей или элементов и ограничить или предотвратить коррозию и/или ослабление крепежа (например, уменьшение момента затяжки). Ограничение или предотвращение ослабления крепежа может быть обеспечено в первом предпочтительном варианте выполнения за счет стягивания или сжатия или затяжки поверхностей или элементов (например, с помощью крепежа) до тех пор, пока не будет достигнут контакт (например, контакт металла с металлом) между элементами или поверхностями и первым компонентом. Можно продолжать стягивать или сжимать поверхности или элемент, чтобы получить усилие сжатия на первом компоненте, который не подвергается нежелательно высокой деформации ползучести, что может быть вызвано временным фактором и/или температурными изменениями. Таким образом, на крепеже поддерживается усилие, замедляющее или предотвращающее ослабление крепежа (например, уменьшение момента затяжки). В свою очередь, настоящее изобретение может в таком случае ограничить или исключить проверки или перепроверки затяжки крепежа или момента затяжки, что в ином случае могло бы потребоваться, и может ограничить или исключить необходимость повторной затяжки такого крепежа.
Если не указано иначе, размеры и геометрические элементы различных изображенных здесь конструкций не предназначены для ограничения изобретения и возможны другие размеры и геометрические элементы. С помощью отдельной сборной конструкции может быть обеспечено множество конструктивных компонентов. Как вариант, отдельная сборная конструкция может быть разделена на множественные отдельные компоненты. Кроме того, несмотря на то, что какая-либо характеристика настоящего изобретения может быть описана в контексте только одного из изображаемых вариантов выполнения, такая характеристика может сочетаться с одной или несколькими характеристиками других вариантов выполнения для любого заданного применения. Из сказанного выше следует также принять во внимание, что изготовление специфических конструкций и их работа также являются способами согласно настоящему изобретению.
Был рассмотрен предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения. Лицо, имеющее обычный технический опыт, однако, должно понимать, что в сведения об изобретении могут быть внесены некоторые изменения. Поэтому должна быть изучена следующая формула изобретения, чтобы определить истинный объем и содержание настоящего изобретения.