双重锁止的带式卡箍及其制造方法与流程

相关专利交叉引用

本申请要求2007年11月2日提交的美国临时专利申请No.60/985,142的权利。本申请还涉及1996年1月16日授权的美国专利5,483,998；2000年1月18日授权的美国专利6,014,792；1992年6月23日授权的美国专利5,123,456；和2005年10月17日提交的美国专利申请公开2007/0084022，这些专利文件的全部公开内容都通过引用包含在本申请中。

技术领域

本发明的实施方式一般涉及带式卡箍，所述带式卡箍包括用于与带材互联的卡扣，其中带材的一部分穿过卡扣并固紧到卡扣，从而将物品束缚在一起或者将一个物品附连到另一个物品。

背景技术：

带式卡箍广泛应用于各种应用场合。带式卡箍通常包括围绕物体诸如立柱或其他物体形成环圈的带材；和接收带材相对端的卡扣。所述带材和卡扣协作，将带材相对于卡扣锁止在固定位置。采用工具将带材缚紧在一个或多个物体周围，将带材的自由端相对于卡扣或锁止构件固紧或锁紧，并且切掉带材的多余部分。通常，在带材的自由端穿过卡扣之后，所述工具抓紧带材的自由端并向带材的自由端施加力，同时保持卡扣的位置，以便将带材缚紧在一个或多个物体周围。一旦向带材施加了适当的拉力，所述工具将在带材和/或卡扣上形成期望的锁止几何机构，并剪切带材的自由端延伸地超过卡扣的部分。通常，刀片实施剪切或切割操作。

实施缚紧、锁止和切割功能的工具主要是手动、气动或电动性质的工具。在气动或电动工具的情况下，较之大多数手工工具而言，只需要操作员花费有限或减少的体力。气动或电动的带材缚紧工具通常为半自动化工具，需要所述工具的操作者实施与围绕物体提供带式卡箍相关的一些任务或功能，但不是全部。剩下的手工任务可以包括围绕物体定位带材，或者有时候也称为捆带；和将所述带材插入所述工具或者以其他方式相对于所述工具定位带式卡箍，以便所述工具可以实施其缚紧、锁止和切割功能之中的一项或多项。

现有技术的带式卡箍存在一些缺陷。例如，需要提高环箍的拉伸力(拉断带材或锁止件所需的力)，而非简单地增大带材和卡扣的物理尺寸。而且，需要提高保持力(形成锁止件之后带材内的残余力)的百分比。换句话说，需要降低或消除形成锁止件和利用工具释放带材之后丢失的拉伸载荷。由于多种原因，包括公差和金属成形技术的不精确，一旦所述工具切断带材的自由端，则带材的一部分趋向于通过卡扣返回滑动，扩张带材的周边。因此，一部分的保持拉伸载荷丢失，并且保持力的百分比下降。形成的锁止件也可能随着时间发展而放松或松弛，导致带材周边扩张，特别是如果由受约束物体施加在带材上的向外的力较大或者如果带材和卡扣承受诸如导致带材和卡扣发生相对运动的振动或其他运动的外力的情况。此外，在一些应用场合中，需要提高卡紧力(在带材缚紧工具切掉带材多余的端部之前所达到的最大力)。卡紧力与保持力有关。通常，卡紧力越大，则保持力越大。

除了前述问题，在设计带式卡箍时，还要考虑其他相关因素。首先，带式卡箍应该具有较高的拉伸强度，以抵抗由被束缚物体施加在带式卡箍上的向外的拉伸力。第二，带式卡箍应该制造起来便宜。带式卡箍用在需要关心成本的各种应用场合中。因此，简单地增大带式卡箍的物理尺寸并不能解决全部的设计问题，包括成本约束。物理上较大的带式卡箍具有较大的环箍拉伸力，但是成本也较高。此外，带式卡箍应该设计简单并且易于使用。

技术实现要素：

本发明的一个方面是提供一种带式卡箍，所述带式卡箍由带材和卡扣构成，并且采用双重锁止特征。更具体地说，本发明的实施方式采用唇边锁止件和凹坑锁止件来将带材固紧到物体周围。文中所用的“唇边锁止件”指的是围绕卡扣的边缘弯曲带材的一部分的系统，从而将带材相对于卡扣固定。文中所用的“凹坑”或“凹坑锁止件”指的是这样的系统，其中带材的一部分发生变形，进入到形成于不同的带材部分中的孔中，以保持带材的周边。本领域技术人员应该理解，这种变形也可以与卡扣结合，从而将带材相对于卡扣固定。传统上，唇边锁止件和凹坑锁止件彼此排斥地使用。本发明的实施方式将这两种锁止方法组合起来，产生一种在保持力、最大卡紧力、平均环箍拉伸力等方面的性能得到提高的带式卡箍。

本发明的另一方面是通过调节凹坑相对于接收所述凹坑的带材部分并相对于卡扣的深度和/或位置来控制文中所述带式卡箍的保持力、强度和长期稳定性。

本发明的另一方面是提供一种允许视觉检查凹坑质量的带式卡箍。在一种实施方式中，迫使冲头穿过卡扣上的孔，将位于卡扣内的带材变形并形成相对于不同的带材部分和相对于卡扣锁止带材的凹坑，由此形成凹坑锁止件，从而基本上固定带材周边而且防止带材相对于卡箍出现明显运动。但是，如果冲头、带材或卡箍任一件或全部错位，则凹坑可能错误成形，这样可能降低凹坑锁止件的质量或性能。因此，考虑用来在带材上形成凹坑的冲头包括向外延伸的肩部，以便在正确形成凹坑时，环状的、视觉上平整的表面或者其他标记将形成在带材上，位于凹坑至少一部分的周边附近。例如，围绕凹坑周边完整形成的环圈提供视觉标记，表示凹坑形成到正确的预定深度并且相对于带材以正确的角度形成。

本发明的另一方面是提供一种比带材材料更牢固的锁止系统。更具体地说，现有的带式卡箍承受扩张力时的失效模式通常与卡扣的锁止特征有关。例如，带式卡箍通常在锁止唇边屈服时失效，所述锁止唇边屈服允许带材相对于卡扣滑动。或者，在凹坑锁止件的情况下，凹坑可能简单地断裂或被剪断，也能使带材松弛。由于带材材料的重叠层分开，由于形成凹坑的金属太薄，由于这两种原因同时存在，或者由于本领域技术人员知道的其他原因，上述情况可能发生。本发明的实施方式包括改进的锁止特征，其中凹坑和唇边锁止件联合使用，以提供比带材更牢固的互锁机构。因此，锁止机构的完整性得到提高，以使带材在锁止特征之前发生变形或失效。这种失效模式非常便于预测，因为带材的屈服应力和极限应力是熟知的。带材因凹坑失效和/或唇边偏转而发生松弛或者完全放松的情形，则不便于预测。但是，如前所述，表示凹坑质量的视觉标记将改善对凹坑失效的预测。

通常窃贼和破坏者希望除去带式卡箍以获取带式卡箍约束或支撑的物品。例如，通常带式卡箍将信号装置、灯具或其他物体固紧到立柱。这些物品经常失窃，被随后用作装饰品或卖掉。本发明的实施方式的唇边锁止件具有冗余锁止机构，其中如果规避了一个锁止件，则另一个锁止件还可以保持带式卡箍。

本发明的另一个方面是提供允许在带材集成到卡箍上的过程中减少摩擦的卡扣。更具体地说，正如本领域技术人员所理解，让带材在卡扣内同步通常将带材的侧边缘与卡扣的侧部分接触。随着带材通过卡扣平移，摩擦将会产生，从而浪费替代地与缚紧带材相关的能量。此外，随着所述带材同步，所述带材刮擦卡扣的内部部分，这样可能导致金属碎屑，金属碎屑可能会伤害人员或者损坏工具。因此，本发明的实施方式采用具有狭槽的卡扣，所述狭槽形成在一对支腿之间，所述狭槽和所述卡扣支腿的边缘之间的空间增大到比带材宽度更宽的尺寸。增大的空间减少了缚紧过程中带材和卡扣之间的接触和摩擦。在本发明的一种实施方式中，使用工具在卡扣的上部制作偏移部，在偏移部中材料被向下推压，以迫使支腿向外扩张，从而形成额外的空间。

本发明的另一方面是提供一种线缆捆带，所述线缆捆带摩擦减小，以提高缚紧和卡紧过程中的能量利用效率。更具体地说，本发明实施方式的带材以润滑剂涂覆，优选为聚乙二醇(PEG)。优选润滑剂为环境友好型润滑剂，与一般使用的油料相反。润滑剂影响缠绕的带材层之间的相互作用。例如，润滑越少，则由于相邻带材层之间抵抗趋向于放松缠绕带材的运动的相互作用，所以产生的环箍拉伸力越大。但是，润滑剂PEG也通过促使带材/卡扣之间相互连接而增大了卡紧力、保持力以及与线缆捆带相关的性能可重复性。润滑剂将减少拉伸和切断过程中带材和卡扣之间浪费能量的摩擦作用。就是说，带材和卡扣之间的摩擦减小转化为更多可以施加卡紧力的能量。润滑剂，诸如PEG，较之随着时间发展而蒸发的油基润滑剂而言，也延长了带式卡箍的货架寿命。

本发明还有一方面提供一种提高唇边锁止件锁止性能的卡扣。更具体地说，本发明的实施方式包括具有大约90°边缘的卡扣，所述边缘接合形成唇边锁止件的带材部分。通过这种方式，卡扣和带材之间的结合部是卡扣的线性边缘，这种线性边缘较之不具备这种特征的带式卡箍而言，增大了保持力。优选，采用“开边”，即没有去除毛刺或者没有实施其他机加工的边缘。这种边缘锋利且切入所述唇边以有利于锁止。

本发明还有一方面提供一种通过优化所用材料而具有强度、长寿命和低成本组合特征的带式卡箍。更具体地说，本发明的实施方式采用镀锌碳钢、不锈钢或者任何合金。

本发明还有一方面提供一种容易配合到狭小空间中的小型卡扣形状。

本发明的另一方面提供一种维持保持力的带式卡箍。更具体地说，由于存在凹坑锁止件，所以一般与形成唇边锁止件有关的带材放松现象得以大大减少。为了形成唇边锁止件，必须在承受拉伸力的情况下切割带材。在一种实施方式中，作为切割操作的一部分，切断带材的刀片通过弯曲带材而形成卷曲部或唇边。在这两个动作之间可能非常短暂的时间期间内，带材能相对于卡扣移动。凹坑的存在大大减少了这种松弛现象。

附图说明

包含在内并构成说明书一部分的附图，示出了本发明的实施方式并连同上面给出的发明内容部分以及下面给出的附图具体描述部分，用来解释本发明的原理。

图1是本发明一种实施方式的带式卡箍的透视图；

图2是图1内容的顶部立面图；

图3是图1内容的正视立面图；

图4是卡扣的详细视图；

图5是未成形卡扣的顶视平面图；

图6是图5内容的正视立面图；

图7是部分成形的卡扣的正视立面图；

图8是图7内容的侧视立面图；

图9是图7内容的详细视图，示出了卡扣的肩部部分；

图10是完全形成的卡扣的正视立面图；

图11是在带材上形成凹坑的本发明一种实施方式的冲头的正视立面图；

图12是类似于图11所示内容的工具的详细视图；

图13是卡扣和变形带材的横截面视图；

图14是图13内容的顶视平面图；

图15是示出本发明一种实施方式的带式卡箍的性能相对于凹坑深度的图标；

图16是本发明一种实施方式的带式卡箍的性能图表；和

图17是性能测试数据图表。

具体实施方式

虽然以下公开内容针对所陈述的实施方式描述了本发明，但是应该理解本发明并非严格限制于这些实施方式。此外，应该理解，附图并不必然按照比例，并且在特定的情况下，公开内容可能没有包括对于理解本发明而言并非必要的细节内容，诸如传统的制造和组装细节。

现在参照图1至4，示出了本领域常用的带式卡箍2由其上带有卡扣10的带材6构成。带材6还可以包括至少一个止挡件14以保持卡扣10在带材6上的位置。止挡件14可以表现为形成在带材上的缺口或凸起形式，与卡扣接合以使其保持就位。在操作中，带材6的端部18缠绕被捆扎的物品，并穿过卡扣10。在某些情况下，带材6围绕被捆扎的物品缠绕多次，此时卡扣10接收多个重叠的带材部分。此后，工具，即冲头，用于穿过带材6的孔20使带材6变形，并且在一些实施方式中，穿过卡扣10的孔22，从而固定带材6的周边。带材6可以包括预成形止挡件14和孔，或者用来拉伸、变形和切割带材6的工具可以形成这些特征。

现在参照图5至10，示出了本发明的实施方式的卡扣10。这里，未变形的卡扣26开始时为板材坯料，孔22或其一部分形成在所述板材坯料上(图5)。然后将所述板材坯料切割成离散长度段，以形成未变形的卡扣26(图6)，然后未变形的卡扣26弯曲，在中央部分29的任一侧形成支腿28(图7)。在支腿28向内弯曲形成大致矩形形状(图10)时，形成第二孔30。为了便于将带材插入卡扣，本发明的实施方式包括变形或偏移的中央部分29(图7)。中央部分29通过压制未变形的卡扣26(图6)而形成，所述未变形的卡扣向外扩张或压迫支腿28，形成预定角度。具体参照图9，变形过程在卡扣10的中央部分29形成肩部34和相关偏移部38。中央部分29不需要连续，可以倾斜为V形。形成在卡扣内部的偏移部38防止带材边缘明显接触卡扣内角42(形成在支腿28和卡扣上部之间的接合部)。这种结构带来的优势是在带材拉伸过程中，使得带材边缘与卡扣侧部隔开，这样减少了它们之间的相互作用。

现在参照图11至14，示出了冲头46和所产生的带材变形，或凹坑。冲头46的端部48包括至少一个肩部50。图12示出了端部48具有单一肩部50。图11示出了端部48具有多个肩部50、66，以下将会描述。参照图14，在相对于带材正确定位和对准之后，肩部50将围绕带材6的被冲压区域58形成环圈54，以表示凹坑62相对于带材6形成了正确的深度和角度。更具体地说，通常需要预先选择冲压深度和取向，以优化带材和卡扣的环箍拉伸强度。变形部58太浅，则可能导致凹坑被拉出所述孔，使得带材6被放松。相反，变形部太深，则可能导致局部削弱或削薄凹坑6，从而增大凹坑62被从带材6上剪切掉的可能性。

肩部50在凹坑62附近的带材上压印凹痕，以提供指示正确的冲压深度和取向的视觉标记。优选，所述标记呈围绕冲压区域58的连续环圈54形式。这种标记表示成形良好或质量良好的凹坑。作为可选方案，在本发明的另一种实施方式中，可以采用多个肩部(参见图11)，例如第二肩部66，以提供最小和/或最大冲压深度标记。就是说，第一肩部50将留下标记54，表示实现了深度最小的凹坑。但是，如果第二肩部66也留下标记，则可以快速确定凹坑62形成地太深，并且需要调节冲头46施加的力。肩部50还表示凹坑62垂直于或倾斜成形。例如，如果冲头46以一定角度冲击带材6，则肩部标记54将不对称。不能与卡扣上的开口30基本垂直成形的凹坑将更容易发生失效。优选，能形成理想的带材锁止效果的凹坑62由大致垂直冲击带材6的冲头形成。

现在参照图13，示出了卡扣10和带材6至少采用两种方式机械互联。这里，冲头已经使带材6的一部分58变形，这种变形使得相邻的下方带材缠绕部分62向下移动，形成凹坑62。如果正确制作，则将迫使凹坑进入带材的孔22中，从而固紧带材的周边或圆周。此外，向上弯曲76带材并切割70。弯曲部76接触卡扣10的边缘80，以形成唇边锁止件。优选，边缘80保持粗糙，不去除毛刺，以有利于卡扣10和带材6之间接合。相对锋利的边缘80和弯曲部76之间的相互作用有利于带式卡箍的期望保持力。

在操作中，具有与其相关的卡扣10的带材6位于灯柱64或其他需要捆扎的物品附近。由定位在带材同一侧且略微隔开一定距离的止挡件或嵌套件14保持卡扣在带材上的位置。这种嵌套件的示例可见于美国专利No.6,014,792中的图10。带材端部18定位在灯柱64附近，其中第一缠绕部6a围绕灯柱形成。此后，至少另一个缠绕部6b定位在最初设置的缠绕部6a周围。但是，在该示例中，第三缠绕部6c缠绕在带材的第一缠绕部6a和第二缠绕部6b周围。在带材6处于拉伸的时候，工具使得带材一部分变形58，以形成凹坑62，并且也切割和弯曲76带材，如上所述。冲头在第三缠绕部6c上形成凹坑58，所述凹坑也使得下层的第二缠绕部6b发生变形而进入形成在第一层带材的一部分上的孔22中，从而锁紧带材的周边尺度。根据期望的凹坑深度，第三缠绕部6c的一部分也可以发生变形，以使其延伸到孔22中。凹坑62还可以形成地穿过位于带材6a的孔22下方的卡扣的孔30。在某些情况下，两个缠绕部都具有位于卡扣的孔30中的部分。此外，应该理解，可以形成单一缠绕部，其中缠绕部的更大一部分位于卡扣的孔30中。

相对于唇边锁止件，卡扣10借助弯曲部76和嵌套件14的面部78之间的相互作用而相对于带材锁紧。更具体地说，施加在缠绕带材的内径上的扩张力被弯曲部76和面部78产生并作用在带材上的压紧力抵消。

现在参照图15，提供了表示带材卡紧性能相对于凹坑深度的曲线。更具体地说，凹坑深度可以进行优化，以提供希望的卡紧性能。这里，本领域技术人员应该理解，在凹坑深度大约为0.0955英寸时，由本发明实施方式提供的拉伸力增大，其中所述的拉伸力是施加地会使卡紧后的带材失效的力。此后，所述拉伸力略微下降。最大卡紧力，即由线缆捆带提供的力随着凹坑深度稳步增大。最后，保持力，即切掉多余的带材之后且释放带材之后的力，在凹坑深度处于大约0.09和0.095英寸之间时最大。接受测试以产生图15所示数据的带材大约0.25英寸宽、0.02英寸厚，并且以镀锌碳钢制成。对于其他尺寸的卡箍，获得了类似的数据。就是说，发现带材的宽度和厚度并不是卡箍性能的决定性因素。推动因素是凹坑深度。

现在参照图16，示出了本发明实施方式的带式卡箍卡紧性能表。图16示出了有关仅采用唇边锁止件的带式卡箍与采用凹坑锁止件和唇边锁止件的本发明实施方式的带式卡箍之间比较结果的数据。实施方式1采用了以涂了油的镀锌碳钢制成的带材。实施方式2采用了以PEG涂覆的镀锌碳钢制成的带材。测试卡箍使用传统或开边卡扣。“传统”卡扣具有光滑、去除毛刺的边缘，而“开边”指的是卡扣在制成之后基本上没有机加工或抛光，具有粗糙、带毛刺的边缘。通过考察该表可以理解，像实施方式1和2一样结合唇边和凹坑锁止件，平均保持力与平均最大卡紧力和平均环箍拉伸力一样显著升高。但是，保持力的百分比仍然保持基本不变。对接受测试的现有带式卡箍施加应力至失效，其中在弯曲部变形以允许带材相对于卡扣滑动时，所述唇边锁止件不出意料地发生了失效。相反，本发明的带式卡箍(实施方式1和2)在凹坑和带材其他部分同时失效的多个点发生失效。

现在参照图17，一张表示出了本发明的实施方式与仅采用唇边锁止件的实施方式的比较结果数据。同样，仅采用唇边锁止件的带材(配置1和2)接收测试，并且与采用本发明的一些方面(实施方式1-3)的带材进行比较。唇边锁止配置1和2采用不锈钢或镀锌碳钢制成的带材。两个唇边锁止配置都采用了传统带材和卡扣，卡扣去除毛刺，不带孔并且以201不锈钢制成。本发明的三个实施方式分别以不锈钢或镀锌碳钢制成。这些实施方式使用传统结构的卡扣或者开边结构的卡扣。此外，实施方式2中的带式卡箍采用V形缺口，类似于图7和9中所述的结构。考察这些数据，将得出，例如采用开边的卡扣/带材组合(实施方式2和3)较之采用传统卡扣的现有带式卡箍(配置1和2)具有更大的环箍拉伸强度。本发明的所有实施方式较之仅采用唇边锁止件的带材而言，具有更大的保持力百分比。参照图17所示的实施方式3，失效模式不同于测试主体的其余结构。更具体地说，在失效过程中，带材在通孔处断裂，即将凹坑从带材上切断。这是开边唇边锁止件的结果，这种锁止件改善了带材和卡扣之间的接合关系，协助防止带材偏转到可以穿过卡扣滑动的取向。所提供的数据与围绕测试心轴双层缠绕的带式卡箍相关联。本领域技术人员理解，文中所述双重锁止件的用途并不限于具有图中所示尺寸和成分的带材。就是说，带材和卡扣可以缩放并设计尺寸、使用其他材料等。

为了例述和描述的目的，陈述了本发明的前述讨论内容。前述内容的目的并不是将本发明限制于文中公开的形。例如，在前述描述中，确定了本发明的各项特征。应该理解，这些特征可以为了带材既定的终端用途组合在一种实施方式中，或根据需要组合在各种其他实施方式中。部件的尺度也可以变化，而且仍然落入本发明的范围内。这种公开方法不应该理解为反映了这样的意思，即要求保护的本发明需要比每个权利要求明示的特征更多的特征。此外，虽然本发明的描述包括了对一种或多种实施方式以及特定变体和改型的描述，但是其他变体和改型仍落入本发明的范围内，例如，可以落入理解了本公开的内容之后的本领域技术人员的技术和知识范围内。目的是获得包括允许限度内的替代实施方式的权利，包括要求保护的内容的替代、互换和/或等同结构、功能、范围或步骤，而不考虑所述替代、互换和/或等同结构、功能、范围或步骤是否在文中公开，并且没有特意公开地专用于任何具有专利性的主题内容。

本发明的各种实施方式包括基本上如文中描绘和描述的部件、方法、过程、系统和/或装置，包括各种实施方式、子组合以及他们的子集。本领域技术人员在理解本公开内容之后应该理解如何实现和使用本发明。本发明的各种实施方式包括在缺少本发明或其各种实施方式未描绘和/或描述的零件的情况下提供设备和过程，包括缺少在先前设备或过程中例如为改善性能、实现便利性和/或降低实施成本所使用的零件。而且，如以下权利要求书所反映的，创造性的方面在于少于前述公开的单一实施方式的全部特征。因此，以下权利要求书包含在说明书中，每个权利要求都独立地自身表达本发明的单独优选实施方式。