专利名称：可压缩地固定易受蠕变构件的堆叠组件的设备和方法
技术领域：
本发明大体而言涉及用于限制由紧固件施加到弹性构件上的压缩力的设备和方 法，且更特定而言，本发明涉及用于将构件的堆叠组件固定在一起的设备和方法。
背景技术：
聚合物技术的进步使得能在原来需要使用金属构件的应用中广泛地使用相对轻 质和低成本的模制塑料构件。在许多应用中，使用诸如螺栓或螺钉这样的压缩紧固件将塑 料构件固定到其它构件上。已知使用这种紧固件向塑料构件施加过量压缩力可能会导致塑 料构件破裂或机械失效。因此希望提供下面这样的压缩限制器其被配置成通过将过量压 缩力远离塑料构件和在塑料构件周围引导来限制施加到塑料构件上的压缩力。为此目的，在该技术中发展且采用了各种类型的压缩限制器。举例而言，美国专利 第5，513，603号提供了一种用于将热塑性阀盖安装到发动机上的紧固件隔离系统。该紧固 件包括弹性衬套或垫圈，和相对不可压缩的金属套筒，其限制可由紧固件施加到热塑性阀 盖上的压缩力。美国专利第5，807，052号公开了另外各种压缩限制器，其具有延伸穿过开口的套 筒部件，开口设于工件的外表面与内表面之间。套筒部件包括基本上径向凸缘部件，该凸缘 部件被配置成接合工件表面。另外已知的是模制塑料材料当随时间经受压缩力时易受永久材料形状扭曲，被称 作“蠕变”。当最初使用诸如螺栓的紧固件来紧固塑料材料时，螺栓向塑料构件施加最初压 缩负荷。塑料材料随时间变形或“蠕变”使得在接触位置该螺栓施加的压缩负荷减小。随 着压缩负荷减小，构件不再被牢固地保持就位且可自由移位或振动，使原本可能稳固的构 件安装无效。但令人遗憾的是，过去用于限制安装塑料构件中压缩力的方法和设备虽然相当有 用地将个别塑料构件安装到基板上，但并不提供将塑料或其它易受蠕变的构件的堆叠固定 在一起的方案。由于已知塑料材料随时间改变尺寸或蠕变，用于将塑料构件的堆叠组件固 定在一起的诸如螺栓的压缩紧固件可能会随时间松动。
发明内容
本发明提供适于将多个构件可压缩地固定在一起的紧固组件，其中这些构件中的 某些构件可包括塑料或其它易受蠕变的材料。该紧固组件包括多个可堆叠压缩限制器，其 被配置成轴向端对端地串联接合。每个可堆叠压缩限制器包括细长套筒部件，其具有穿过 其的轴向孔；接合表面，其设于套筒部件的一端；凸缘部件，其设于套筒部件的相对端且从 套筒部分的相对端径向延伸且具有凸缘表面外部，凸缘表面外部的大小和配置适于可压缩 地抵接相关联构件的安装表面。凸缘表面还具有内部，其大小和配置适于可压缩地抵接相 邻轴向对准的压缩限制器的接合表面。提供细长压缩紧固件，其大小和配置适于被接收到 压缩限制器的轴向对准的孔内且穿过其延伸。每个压缩限制器可适用于多个构件中不同的一个。压缩限制器中的每一个压缩限制器具有被配置成适于被接收到其相关联构件的安装 孔内的套筒直径。每个压缩限制器的长度不超过其相关联构件的厚度，且该长度被选择以 设置施加到其相关联构件上的压缩力数值的上限。可堆叠压缩限制器被配置成且适于减小 该组件的尺寸堆叠公差且减少由于易受蠕变构件的材料蠕变造成的安装失效的发生。在本发明的另一方面，公开了用于将多个构件可压缩地紧固成单个可压缩地被束 缚的组件的方法，这些构件中的某些构件易受蠕变。当结合附图理解时通过用于执行本发明的最佳实施方式的下文的详细描述，本发 明的上述特点和优点和其它特点和优点将会显而易见。
附图用于进一步说明各种实施例且解释所有根据本发明的各种原理和优点，在所 有单个视图中，相似附图标记指代相同或功能上相似的元件，且附图与下文的具体实施方 式一起合并于本说明书中并形成本说明书的部分。本发明被认为是新颖的特点在附图中且更特别地在所附权利要求申陈述。结合附 图理解，参考下文的描述，可更好地理解本发明，以及其另外的目的和优点。附图示出目前 优选的本发明的形式；但本发明并不限于附图所示的精确布置。图1A描绘了符合本发明的可堆叠压缩限制器的一实施例的透视示意图；图1B描绘了图1A的可堆叠压缩限制器的截面图；图1C描绘了符合本发明的可堆叠压缩限制器的另一实施例的透视示意图；图2展现了符合本发明可压缩地固定多个构件以形成单个堆叠压缩被束缚的组 件的本发明的可堆叠压缩限制器的示意组装图，这多个构件中的某些构件易受蠕变；以及图3是可压缩地紧固多个构件成单个压缩地被束缚的组件的方法的流程图，这多 个构件中的某些构件易受蠕变。本领域技术人员应了解附图中的元件是为了简单和清楚示出且未必按照比例绘 制。举例而言，附图中元件中的某些元件的尺寸可相对于其它元件夸示以帮助改进对本发 明实施例的理解。
具体实施例方式在详细地描述根据本发明的实施例之前，应注意到这些实施例主要在于关于可压 缩地固定易受蠕变构件的堆叠组件的设备和方法的方法步骤和设备构件的组合。因此，在 附图中由常规符号适当地表示这些设备构件和方法步骤，仅示出与理解本发明的实施例有 关的那些具体细节，以便对于受益于本文描述的本领域技术人员显而易见的细节不使本公 开内容难理解。在本文献中，关系术语，诸如第一和第二，顶部和底部等可仅用于区分一个实体或 动作与另一实体或动作而未必要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这样的关系 或次序。术语“包括”、“包含”或其任何其它变型预期涵盖非排他性包括，使得包括元件列 表的过程、方法、物品或设备不仅包括这些元件而是可包括其它未明确地列出或这些过程、 方法、物品或设备固有的其它元件。元件之前为“包括……一”在无更多限制的情况下并不 排除在包括该元件的过程、方法、物品或设备中额外相同元件的存在。
当将塑料构件可压缩地安装到另一基板构件(例如，塑料阀盖到金属发动机头部 上)上时有时使用压缩限制器。另外对于此实例，螺栓(在本文中，压缩紧固件的一个合适 实例)可被插入穿过压缩限制器并拧紧，从而将该塑料构件压靠在基板上直到螺栓头部与 压缩限制器形成接触。之后，压缩限制器和塑料构件将以相同速率(在尺寸上)压缩。作 为比较，限制器被设计成相对于塑料构件比较不可压缩(例如，可使用钢压缩限制器)，然 后压缩限制器用于转移由螺栓施加的额外/过量夹紧负荷，从而使这些负荷在塑料构件周 围绕开。相对于压缩限制器的若干设计考虑是本领域技术人员已知的。压缩限制器被设计 成具有足以防止塑料构件超过其弹性限度的长度。压缩限制器的设计负荷应总是至少与螺 栓的最差情况预期的夹紧负荷一样大使得压缩限制器在过量夹紧负荷下不屈服或不失效。 简单的压缩限制器是本领域已知的。未知的是下面这样的可堆叠压缩限制器，其 被配置成在共用的细长压缩紧固件上被轴向对准且端对端邻接，且其中每一个被配置成充 当有效螺栓头部以可压缩地接合组件堆叠中个别易受蠕变或塑料构件使得任何选定构件 通过压缩限制器的有效螺栓头部的压缩作用被可压缩地固定到相邻构件。将参考所包括的 示范性图示进一步描述这个概念。图IA和图IB描绘了符合本发明的可堆叠的带凸缘的压缩限制器10的一个实施 例。压缩限制器10包括套筒部件12，套筒部件12具有轴向穿过压缩限制器10延伸的孔 18。在示范性实施例中，套筒部件具有圆柱形外表面20和圆柱形孔18。孔18的大小和配 置适于穿过其接收细长压缩紧固件，例如螺纹螺栓(在后面在图2中示出)。径向延伸的 凸缘14设于套筒部件12的第一端。在至少一个示范性实施例中，凸缘14永久地固定到套 筒部件12的第一端。在另一替代实施例中，凸缘14可为与套筒部件12分开的构件。当凸 缘14是与套筒部件12分开的构件时，凸缘具有第一凸缘表面22且具有凸缘孔直径D2，第 一凸缘表面22的大小和配置适于抵接套筒部件12的第一端，凸缘孔直径D2优选地与套筒 孔直径Dl相同，或至少不大于套筒外径或外部尺寸D3。在套筒12是圆柱形的情况下，那 么D3代表直径。在套筒12是另外的形状的情况下，例如细长多边形，那么D3代表横穿该 多边形的相对且近似对准平面的 尺寸。套筒12可具有任何希望的截面形状，且圆形截面 是优选的。如在背景技术中所讨论，特定多种压缩限制器是本领域中已知的。本文所公开的 改进的压缩限制器与现有技术的不同在于它们被配置成串联使用，轴向端对端地对准且包 括被配置成充当有效螺栓头部的特征，以可压缩地夹紧组件堆叠中的单个构件同时确立施 加到堆叠组件中每个构件上压缩力的单独的且可能不同的上限。图IC描绘了可堆叠的带凸缘的压缩限制器110的另一实施例，与上述可堆叠的带 凸缘的压缩限制器10的不同主要在于径向凸缘114包括环形凹口 126，环形凹口 126的大 小和配置适于将一个可堆叠压缩限制器110的径向凸缘贴合地抵接且定位地锁定在轴向 对准的相邻可堆叠压缩限制器(10或110)的接合表面(16或116)上，从而防止可堆叠的 带凸缘的压缩限制器相对于彼此径向滑动或错位，从而对于所得到的可压缩地被束缚的组 件提供更紧的尺寸公差。图2描绘了使用符合本发明的可堆叠压缩限制器可压缩地固定的塑料或树脂基 构件的堆叠组件。为了方便和简单起见，仅图示了该组件中的三个构件，但组件可具有任意数量堆叠构件，某些预期实施例具有由本发明的轴向对准且邻接的可堆叠压缩限制器固定 的(例如)六十至七十个构件。在图2中，构件(例如，32A、32B和32B)的堆叠组件可压缩地固定在一起以形成整 体组件30。这些构件中的至少某些构件可包括易受蠕变的材料，例如，多种塑料。在图示的 实例中，每个构件32A至32C具有被接收于构件安装孔36A、36B、36C内的相关联的可堆叠 压缩限制器34A、34B、34C。可堆叠压缩限制器34A-C的套筒部件12可各具有相对于构件 厚度(例如图2中构件32B的厚度TB)且根据构件材料性质(诸如弹性和屈服强度)选择 的不同套筒高度(在图1A和图1B中示出的尺寸位置H)。套筒高度H通常小于构件厚度 TB且被选择成限制易受蠕变构件的压缩应力。再次参看图2，示出细长压缩紧固件(在一 个非限制性实例中螺栓38)延伸穿过可堆叠压缩限制器34A、34B和34C的对准堆叠从而将 构件32A、32B和32C可压缩地固定在一起。螺栓38具有螺栓头部40，其具有大于构件32A 的孔直径BDA的头部直径HD，使得螺栓头部40具有足够的直径HD以可压缩地抵接塑料构 件32A的第一安装表面42A的一部分。如之前所讨论，可堆叠压缩限制器34A的套筒高度H(参看图1A或图1B)小于构 件32A的厚度TA。选择高度H以限制构件32A上的压缩负荷低于所希望的应力限度且也 低于构件32A的弹性限度。超过弹性限度可造成构件破裂或在结构上的失效。在某些应用 中，多个构件(例如32A、32B、32C和基板46)需要固定在一起使得完善它们之间的密封。 在此情况下，必须在堆叠构件之间施加足够的压缩力来完善密封，而无需提供导致堆叠中 任何个别构件的失效的过多压缩力。在构件32A、32B和32C的堆叠组件中的任一个是塑料构件的情况下，塑料蠕变随 时间变成重要因素。蠕变被定义为由于长期施加低于构件弹性限度的压缩应力所造成的构 件永久变形。蠕变受压缩应力量值、施加压缩应力的时间以及温度(和其它因素)影响。在 堆叠组件中的各种构件可需要不同的容许压缩力上限。为了更好地理解本发明，在本文中暂时假定构件32A、32B和32C是塑料构件。最 初，无压缩力或仅很小压缩力施加到塑料构件32A上，因此可预期的是当螺栓头部40接触 第一安装表面42A时，螺栓头部40仍与可堆叠压缩限制器34A的接合表面16分开(参看图 1)。与上文所讨论的相对不可压缩的金属可堆叠压缩限制器34A、34B、34C相比，塑料构件 32A、32B、32C是相对可压缩地弹性的，且因此，可预期构件32A、32B、32C可充分地压缩(在 施加增加的压缩力FC的情况下)使得塑料构件32A的厚度TA最终被压缩到可堆叠压缩限 制器34A可操作地接合的位置。当螺栓头部40在可堆叠压缩限制器34A的一端压缩接触 该接合表面16 (参看图1)时，压缩限制器34A可操作地接合，从而促使可堆叠压缩限制器 34A的径向凸缘14(参看图1)接触且压靠位于构件32A正下方的第一安装表面(例如，构 件32B的42B)的一部分。可堆叠压缩限制器34A的可操作接合使压缩力FC的过量部分通 过套筒部件12和压缩限制器34A的径向凸缘14分流或绕开，从而防止构件32A接收可能 会造成构件断裂或失效的过高压缩应力。当可堆叠压缩限制器34A可操作地接合时，压缩限制器34A的径向凸缘14A作用 于或压靠在塑料构件32B的构件安装孔36B外围周围的第二塑料构件32B的第一安装表面 42B上。这会使得径向凸缘14A有利地充当有效螺栓头部，将压缩力FC的一部分转移到第 一安装表面42B上，大致以与螺栓头部40将压缩力转移到构件32A的第一安装表面42A上
7相同的方式。同样，压缩限制器34B的径向凸缘14B压靠在塑料构件32C的构件安装孔36C 外围周围的第三塑料构件32C的第一安装表面42C上。径向凸缘14B也有利地充当有效螺 栓头部以将压缩力FC转移到第一安装表面42C上，大致以与螺栓头部40将压缩力转移到 构件32A的第一安装表面42A上相同的方式。以此方式，构件32A、32B和32C可单独地压 缩地安装在一起且安装到基板46上，而可堆叠压缩限制器34A、34B和34C各单独地限制施 加到每个构件32A、32B和32C上的压缩力为最大压缩力，对于每个构件32A、32B和32C可 单独地确定最大压缩力。继续参看图2且使用实例构件32B，在可压缩地安装构件32A、32B、32C之后，通过 诸如图示螺栓38这样的紧固件施加的压缩力FC造成由压缩限制器34A的径向凸缘施加到 塑料构件32B的压缩力Fl和施加到可堆叠的压缩限制器34B的压缩力F2。随时间在构件 32B中出现蠕变，力Fl将减小且可最终移除。力F2 (在堆叠的压缩限制器34A与34B之间 的轴向压缩力)保留。压缩力F2的永久性使得能随着时间保持堆叠构件部件之间的可靠 互锁。使用可堆叠压缩限制器还能减小组件的尺寸堆叠公差且允许构件之间的完善的密封 可操作地长期保持。图3公开了将多个构件可压缩地紧固成单个可压缩地被束缚的组件的方法，这多 个构件中的某些构件是易受蠕变的。该方法始于步骤305，提供多个构件，每个构件具有穿 过其的开口且被配置成使得当被组装时开口被轴向对准。然后，在步骤310，提供多个可堆 叠压缩限制器，每个可堆叠压缩限制器被配置成轴向端对端接合且其中，每个压缩限制器 适用于多个构件中不同的一个。每个压缩限制器具有配置成被接收于其相关联构件的安装 开口内的套筒直径，且包括凸缘，凸缘设于一端且具有比构件安装开口更大的外径。在步骤 315，提供细长的压缩紧固件，当在轴向对准和堆叠时，其大小和配置适于延伸穿过压缩限 制器的开口。然后，在步骤320，该方法继续，选择构件中的第一构件和其相关联的第一压缩 限制器。在步骤325，第一压缩限制器装设于第一构件的开口内。然后，在步骤330，选择构 件中的下一构件和其相关联的压缩限制器。在步骤335，该方法继续，将与下一构件相关联 的压缩限制器装设于下一构件的开口内。然后，在步骤337，下一构件定位成使得装设了压 缩限制器的构件被轴向对准且紧接地定位以使得细长紧固件能被穿过它接收。在步骤340， 该方法分支到步骤330以选择下一构件和其压缩限制器，直到所有构件都装设了压缩限制 器。然后，在步骤345，该方法继续，将该细长紧固件轴向插入穿过对准的压缩限制器使得紧 固件的各部分在该堆叠的相对的最外部构件的外面之间延伸。在步骤350，致动细长紧固件 以向堆叠构件施加压缩力。在步骤355，增加所施加的压缩力以绕轴向对准的压缩限制器轴 向压缩各构件至少直到轴向对准的压缩限制器端对端邻接。然后，在步骤360，压缩限制器 的端部被可锁定地接合到相邻压缩限制器的凸缘的环形凹口内。 应当了解的是本发明被配置成将具有任意多个堆叠构件的组件可压缩地固定在 一起。特别地，在较大堆叠组件中，改进尺寸堆叠公差的优点和堆叠构件之间完善密封的保 持是更为重要的优点。在本发明的一个预期应用中，六十或七十个构件利用单个螺栓可压 缩地安装和密封，提供具有改进的尺寸稳定性、长期压缩的构件与构件密封的组件，还克服 了由于塑料构件不可避免的蠕变造成的安装失效。有利应用包括可压缩地固定用于电“插 塞”汽车的蓄电池架的用途。这些蓄电池架包括大量堆叠的易受蠕变的塑料构件，其必须可 压缩地固定以将大量蓄电池单元固定到架内。这些架必须长时期保持紧密固定。先前压缩限制技术不可用于这些组件。 在前文的说明书中，描述了本发明的具体实施例。但是本领域一般技术人员应了 解到在不偏离所下文的权利要求书所陈述的本发明的范围的情况下可以对本发明做出各 种修改和变化。因此，说明书和附图被认为是说明性的而并无限制意义，且所有这些修改预 期包括在本发明的范围内。益处，优点，问题的解决方案，以及可使得任何益处、优点或解决 方案发生或变得更显然的元件不应被理解为是任何权利要求或所有权利要求关键的、必需 的或基本的特点或元件。本发明仅由所附权利要求书限定，包括在本申请待决 期间做出的 任何修正和所颁布的这些权利要求书的所有等效物。
权利要求
一种适于将多个构件可压缩地固定在一起的紧固组件，所述构件中的至少一个易受蠕变，包括多个可堆叠压缩限制器，其被配置成轴向端对端串联接合，每个可堆叠压缩限制器具有细长套筒部件，具有穿过其的轴向孔；接合表面，其设于所述套筒部件的一端；凸缘，其从所述套筒部件的相对端径向延伸，所述凸缘具有凸缘表面外部，凸缘表面外部的大小和配置适于压缩地抵接相关联构件的安装表面，所述凸缘表面具有内部，所述内部被配置成压缩地抵接轴向对准的相邻的压缩限制器的接合表面；以及细长压缩紧固件，其大小和配置适于被接收于所述孔内且延伸穿过所述压缩限制器的轴向对准的堆叠；其中，所述压缩限制器中的每一个压缩限制器具有适于被接收于其相关联构件的安装孔内的套筒直径；其中每个压缩限制器具有不超过其相关联构件厚度的长度，所述长度被选择以设置由所述压缩紧固件施加到所述相关联构件上的压缩力数值的上限；以及其中所述可堆叠压缩限制器能实现减小的所述组件的尺寸堆叠公差且减少由于易受蠕变构件应力引发的蠕变所造成的安装失效的可能性。
2.根据权利要求1所述的紧固组件，其中所述细长压缩紧固件包括螺纹螺栓。
3.根据权利要求1所述的紧固组件，其中所述易受蠕变构件中的至少一个构件包括模 制塑料。
4.根据权利要求1所述的紧固组件，其中所述凸缘包括环形凹口，所述环形凹口的大 小和配置适于将所述凸缘贴合地抵接且定位地锁定在轴向对准的相邻的可堆叠压缩限制 器的所述接合表面上，从而防止可锁定地接合的压缩限制器相对于彼此径向错位。
5.一种将多个构件可压缩地紧固成单个压缩地被束缚的组件的方法，所述多个构件中 的一些构件易受蠕变，所述方法包括提供所述多个构件，每个构件具有穿过其的安装开口且被配置成当被组装时，所述安 装开口轴向对准；提供多个可堆叠压缩限制器，其被配置成轴向端对端接合，其中每个压缩限制器适合 用于所述多个构件中相关联的一个，其中每个压缩限制器其有被配置成适于被接收于其相 关联的构件的所述安装开口内的套筒直径，且包括设于一端的凸缘，凸缘具有大于所述安 装开口的外径；提供细长的压缩紧固件，其大小和配置适于当所述压缩限制器被轴向对准且堆叠时延 伸穿过所述安装开口；选择所述构件中的第一构件和其相关联的第一压缩限制器； 将所述第一压缩限制器装设于所述第一构件的安装开口内； 选择所述构件中的下一构件和其相关联的压缩限制器；将与所述下一构件相关联的所述压缩限制器装设于所述下一构件的安装开口内； 定位所述下一构件使得装设有压缩限制器的构件被轴向对准且昆接地定位成使所述 细长紧固件能被穿过其接收；在选择步骤继续下一个步骤直到所有构件装设了压缩限制器； 使所述细长紧固件轴向插入穿过所述对准的压缩限制器使得所述紧固件的各部分在 所述堆叠的相对的最外部的构件的外表面之间延伸；致动所述细长紧固件以向堆叠的构件施加压缩力；以及增加所述压缩力，使用所述轴向对准的压缩限制器来压缩所述构件至少直到所述轴向 对准的压缩限制器端对端接触地邻接；其中所述压缩限制器的至少某部分具有一定长度，所述长度被选择成在所述压缩限制 器被邻接时增强施加到其相关联构件上的压缩力限度；其中每个相关联构件的所述压缩限制器的所述选定长度是预定的以确立所述限度；以及其中所述可堆叠压缩限制器改进尺寸堆叠公差，能实现长期压缩安装且减少易受蠕变 构件的蠕变引起的安装失效。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述增加步骤之后，所述方法还包括 将所述压缩限制器的一端可锁定地接合到相邻压缩限制器的所述凸缘的环形凹口内。
全文摘要
本发明公开了可压缩地固定易受蠕变构件的堆叠组件的设备和方法，其中这些构件中的某些构件可包括塑料或其它易受蠕变的材料。该设备包括多个可堆叠压缩限制器，其被配置成轴向端对端地串联接合且在某些方面可锁定地接合。每个可堆叠压缩限制器包括细长套筒部件，细长套筒部件被配置成限制施加到其相关联构件上的最大压缩力，其中堆叠组件中的不同构件可被配置不同最大压缩力。
文档编号F16B43/00GK101871482SQ20101016701
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月23日 优先权日2009年4月24日
发明者K·维钦斯基 申请人:曼·胡默尔有限公司