相關(guān)申請案交叉參考

本申請案依據(jù)35U.S.C.§119主張2011年7月21日提出申請案的標題為“具有平坦彈簧襯墊的軟管夾(HOSE CLAMP WITH FLAT SPRING LINER)”的第13/188,093號美國專利申請案的優(yōu)先權(quán)，所述申請案中的每一者的全文以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體來說涉及軟管夾組合件的領(lǐng)域，更特定來說涉及一種與軟管夾組合件相關(guān)聯(lián)的彈簧襯墊，且更具體來說涉及一種具有中心平坦軟管接觸部分的彈簧襯墊。

背景技術(shù)：

舉例來說，在汽車工業(yè)內(nèi)，軟管夾通常用于將軟管與接頭或連接器(下文中稱作接頭)接合在一起。軟管夾、軟管及接頭基于前述組件的熱性質(zhì)而對周圍溫度及系統(tǒng)溫度的改變做出響應。這些組件的不同熱膨脹系數(shù)可導致夾持力的熱誘發(fā)降低，因此產(chǎn)生流體或氣體泄漏的可能性。另外，軟管材料由于蠕變、壓縮形變或劣化而隨時間的彈性改變也可降低夾持力且產(chǎn)生流體泄漏的可能性。

已知結(jié)合軟管夾使用的各種類型的彈簧襯墊。第7,178,204及7,302,741號美國專利示范此項技術(shù)，其揭示一種具有中間有向外突出隆脊的兩個向內(nèi)突出隆脊的彈簧襯墊。所述隆脊在軟管中產(chǎn)生極高壓縮的兩個區(qū)而中心隆脊區(qū)域產(chǎn)生較低壓縮的一區(qū)。

還提及由同一申請人在2011年7月21日提出申請的標題為“具有波紋式彈簧襯墊的軟管夾(Hose Clamp with Rippled Spring Liner)”的第13/188,103號美國申請案的同在申請中的申請案，所述申請案的內(nèi)容特此以引用的方式并入本文中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一方面是提供一種允許軟管夾自我補償下面的軟管及接頭的彈性性質(zhì)及直徑改變的經(jīng)改進彈簧襯墊。本發(fā)明針對一種用于軟管夾的環(huán)形彈簧襯墊，其具有接近所述襯墊的每一邊緣的圓周凸肩及在兩個凸肩之間的具有平坦接觸部分的中心向內(nèi)指向的圓周隆脊。當使軟管夾張緊時，所述夾坐落于襯墊的凸肩上。因此，至少在組裝之后且在張緊軟管夾之前，平坦中心隆脊與軟管夾的張緊箍的內(nèi)面分離恒定厚度的間隙。平坦接觸部分的寬度小于張緊箍的內(nèi)面的寬度。平坦接觸部分的寬度可在張緊箍的內(nèi)面的寬度的從40％到75％的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的另一實施例中，彈簧襯墊在一個或兩個圓周邊緣的至少一部分上具有徑向向外擴展的凸緣。

本發(fā)明的另一方面是提供一種經(jīng)改進軟管夾組合件，其具有：環(huán)形箍，所述環(huán)形箍具有內(nèi)面；張緊器，其經(jīng)安置以促進所述箍的收縮；及如上文所描述的環(huán)形彈簧襯墊。

前文已相當廣泛地概述了本發(fā)明的特征及技術(shù)優(yōu)點以便可更好地理解本發(fā)明的以下詳細描述。將在下文中描述本發(fā)明的額外特征及優(yōu)點，其形成本發(fā)明的權(quán)利要求書的主題。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應了解，可容易地利用所揭示的概念及特定實施例作為用于修改或設計用于執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應認識到，此些等效構(gòu)造并不背離如在所附權(quán)利要求書中所闡明的本發(fā)明的精神及范圍。根據(jù)結(jié)合附圖考慮的以下描述，將更好地理解被認為是本發(fā)明的特性的新穎特征(關(guān)于其組織及操作方法兩者)連同進一步目標及優(yōu)點。然而，將明確地理解，所述圖中的每一者僅出于圖解說明及描述目的而提供且并不打算作為對本發(fā)明的限制的定義。

附圖說明

并入于本說明書中且形成其一部分的附圖(其中相似編號標示相似部件)圖解說明本發(fā)明的實施例且連同說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。在圖式中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例包含夾及彈簧襯墊的軟管夾組合件的分解透視圖；

圖2是沿著截面2-2截取的圖1的彈簧襯墊的部分截面圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例包含彈簧襯墊、軟管及接頭的軟管夾組合件的部分片段圖；且

圖4是針對本發(fā)明的實施例及兩個比較性實例夾持壓力對圍繞軟管的位置的曲線圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種減小傳統(tǒng)蝸輪軟管夾的內(nèi)徑(ID)的接觸表面積以便增加軟管夾組合件對下面的軟管或襯底所賦予的單位負荷的手段。通過使用插入到軟管夾或張緊箍1的ID中的圓形襯墊來實現(xiàn)接觸表面積的減小。所述襯墊的橫截面具有凸肩5，凸肩5在其外徑(OD)上具有接觸表面，所述接觸表面在軸向廣度(寬度)上共同約等于軟管夾或張緊箍的內(nèi)表面寬度。所述凸肩的邊緣可以將所述襯墊保持捕獲于軟管夾或張緊箍ID內(nèi)的角度朝向軟管夾或張緊箍向上突出。所述襯墊的輪廓還包含從凸肩5向內(nèi)或低于凸肩5定位的平坦圓柱形接觸部分7。接觸意指平坦部分7既定接觸下面的軟管或襯底。此表面比軟管夾或張緊箍1寬度窄且可在軟管夾或張緊箍寬度的40％到75％的范圍內(nèi)。兩個支腿6橋接于所述襯墊的兩個凸肩與下部接觸部分7之間。這些支腿可對稱并位于下部接觸表面的任一側(cè)上且相對于夾中心線以銳角向外突出，因此到達且附接到上部凸肩。

也可將單位負荷的增加描述為夾對下面的軟管或襯底所施加的徑向壓力的增加。軟管夾或張緊箍所施加的徑向壓力(p_r)為箍張力(T)、箍寬度(w)及夾持直徑(d)的函數(shù)。針對“T”及“d”的任何固定值，“w”的增加將減小徑向壓力，且“w”的減小將增加徑向壓力。簡化卡箍應力公式的操縱可證實此行為；2T＝p_r w d移項為p_r＝2T/(w d)。

除了由于襯墊的較窄接觸寬度而增加軟管夾或張緊箍的徑向壓力以外，所述襯墊還可充當彈簧，因此提供用于所述夾的熱補償特征。稍后將更詳細地描述彈簧效應。首先，將更詳細地論述圖式。

參考圖1，其展示包括外部環(huán)形箍1及典型的張緊構(gòu)件3、4的軟管夾。圖1還以分解圖展示根據(jù)本發(fā)明的平坦彈簧襯墊9。在另一實施例中，圖2中以截面展示彈簧襯墊19。彈簧襯墊9以及彈簧襯墊19是具有重疊端10的環(huán)形圈。彈簧襯墊9及19包括接近所述襯墊的邊緣的兩個平坦環(huán)形圓周凸肩5、位于兩個凸肩5之間且圓周比所述凸肩小的平坦中心環(huán)形圓周接觸部分7及兩個環(huán)形圓周支腿6，在兩個環(huán)形圓周支腿6之間將凸肩5的內(nèi)邊緣連接到平坦接觸部分7的外邊緣。圖2展示兩個凸肩5與平坦接觸部分7之間的徑向高度差A。當將襯墊9或19插入到夾箍1中時，箍1的內(nèi)面將倚靠或坐落于凸肩5上，且在不存在夾張緊力的情況下將在接觸部分7的外表面與箍1的內(nèi)面之間產(chǎn)生間隙A。因此，在不存在夾張緊力的情況下，平坦部分7并不倚靠箍1的內(nèi)面。

術(shù)語“向外”及“向內(nèi)”是指相對于大體圓形襯墊的中心軸的方向。“向內(nèi)”意指朝向襯墊的中心軸指向。“向外”意指遠離襯墊的中心軸指向。

在施加夾張緊力(即，使所述箍繃緊或張緊)之后，襯墊的重疊區(qū)段10的長度可即刻增加，從而導致襯墊的圓周的減小。隨著所述箍繃緊，因此將所述襯墊拉動成與相關(guān)聯(lián)軟管壓縮嚙合。圖3圖解說明與軟管11及軟管接頭12一起使用的軟管夾組合件。軟管夾的箍1坐落于兩個凸肩5上。襯墊的面向內(nèi)的平坦接觸部分7在軟管中產(chǎn)生相對均勻壓縮的區(qū)14。

襯墊的輪廓經(jīng)設計使得兩個支腿6可在壓縮力下偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生彈簧效應。隨著所述箍張緊，所述支腿的偏轉(zhuǎn)將致使間隙A減小到A'(A'<A)，或者也許甚至完全消失。隨著所述箍張緊，所述偏轉(zhuǎn)還可致使平坦接觸表面稍微變形。間隙的減小為存儲于環(huán)形彈簧襯墊中的彈簧能量的量的指示。這些徑向及軸向偏轉(zhuǎn)以及所產(chǎn)生壓縮力對軟管的凈效應為比借助現(xiàn)有技術(shù)軟管夾襯墊設計所獲得的好得多的初始且長期密封效應。

由于軟管及夾組合件暴露于熱波動，因此彈簧襯墊可通過進一步偏轉(zhuǎn)或通過松弛而做出響應，因此有助于在軟管組合件上維持極佳密封力。由于通常為硫化橡膠的軟管材料因彈性性質(zhì)隨時間的劣化而呈現(xiàn)壓縮形變或非彈性變形，因此由橡膠施加的力將松弛或下降，且彈簧襯墊再次松弛或釋放所存儲彈簧能量中的一些能量，因此在軟管上維持極佳密封力。與具有產(chǎn)生極高壓縮的區(qū)的窄隆脊的現(xiàn)有襯墊設計相比，本發(fā)明產(chǎn)生適度壓縮的較均勻區(qū)，此可有利地避免正被夾持的橡膠軟管中的極端變形及壓縮形變的極端效應。

如果使軟管夾張緊到間隙A'被消除且接觸部分7的外表面接觸箍1的內(nèi)表面的程度，那么與彈簧剛性(spring rate)的急劇增加相稱，彈簧襯墊的任何進一步偏轉(zhuǎn)需要高得多的力。在此條件下，彈簧襯墊響應于軟管的熱膨脹的偏轉(zhuǎn)非常有限。然而，在此條件下，使彈簧襯墊松弛或?qū)浌艿臒崾湛s做出響應的能力最大化。因此，夾及彈簧襯墊可經(jīng)設計使得在使用中，甚至在存在夾張緊力的情況下也維持間隙A'?；蛘?，夾及彈簧襯墊可經(jīng)設計使得在使用中，在存在夾張緊力的情況下平坦接觸部分7的外表面可倚靠軟管夾1的內(nèi)面。

如圖2及3中所展示，彈簧襯墊19還可具有一個或兩個徑向向外擴展的凸緣8以輔助將襯墊19對準于箍1內(nèi)。所述圖中所展示的凸緣以大約45°的角度向外擴展。可使用任何適合擴展角度或擴展形狀。像支腿6一樣，凸緣8也可為銳利彎曲的或者可具有從毗連凸肩5或接觸部分7的較圓形的逐漸過渡。凸緣8可延伸襯墊的整個圓周或者可在適當?shù)胤街星卸桃詼p小襯墊的重疊區(qū)段10中的干涉或減小襯墊與張緊構(gòu)件3、4之間的干涉。替代地或除了凸緣以外，彈簧襯墊也可通過提供充足接合的任何手段(例如但不限于熱焊接、化學焊接、化學接合、壓凹接合(staking)、機械緊固件或前述各者中的兩者或兩者以上的組合)或多或少永久地附加到箍1。

由襯墊施加的彈簧力取決于構(gòu)造其的材料的厚度及模數(shù)。所述力還取決于確切輪廓，即，支腿、接觸部分及凸肩的形狀及大小。在由大約0.012英寸(0.3mm)厚的金屬薄片形成時，圖2中所展示的輪廓適合于典型的汽車軟管夾持應用。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠更改材料、材料性質(zhì)及平坦表面尺寸、凸緣角度、重疊距離及/或彈簧襯墊厚度以針對特定應用優(yōu)化平坦彈簧襯墊。輪廓不需要為完全對稱的。兩個凸肩、支腿及中心平坦表面可全部為不同大小。中心平坦表面不需要在環(huán)形襯墊的恰好中心處。兩個支腿角度可不同。襯墊的厚度在軸向方向上也可變化。

所述凸肩不需要為寬廣平坦結(jié)構(gòu)。凸肩可為適于倚靠軟管夾的箍的內(nèi)面的圓周接觸線。此凸肩可為接近襯墊的邊緣形成的外凸隆脊，或者其可僅僅為襯墊的邊緣。凸肩的重要特征在于，其適于接觸或倚靠軟管夾的箍的內(nèi)面。如在圖3中的截面中所觀看，箍1的內(nèi)面與凸肩5之間的接觸可因此為一點或一線。從三維方面來說，箍1的內(nèi)面與凸肩5之間的接觸可因此為圓形線或圓柱形區(qū)域，此取決于凸肩的形狀。

彈簧襯墊的重疊端之間的摩擦可影響在組裝期間實現(xiàn)的夾持力。為了減小摩擦力，可給重疊端涂覆蠟或其它適合潤滑劑。為了增加摩擦力，可對重疊區(qū)段進行清潔、粗糙化、開槽、滾花等。因此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可視需要或期望來優(yōu)化摩擦。

可使用此項技術(shù)中已知的各種軟管夾繃緊或張緊構(gòu)件(即，“張緊器”)中的任一者。以說明的方式，張緊機構(gòu)可為如圖1中所展示的蝸桿傳動裝置3、4?；蛘?，張緊器可為T型螺栓、棘輪機構(gòu)、螺栓與筒管機構(gòu)、螺母與螺栓組合件、永久壓接等或其組合?；蛘撸鰥A可為具有熱凍結(jié)應變的環(huán)狀箍，通過釋放所述應變并允許所述箍收縮到彈簧襯墊、軟管及接頭上來使所述箍張緊。另外，張緊箍或軟管夾寬度可變化。張緊箍寬度與襯墊寬度及襯墊接觸寬度的比例性可變化。

如果期望，那么可并入軟管夾的其它已知特征，此并不背離本發(fā)明的范圍。舉例來說，可并入將組合件附接到軟管的各種構(gòu)件，例如粘合劑、硫化貼片、定位銷、定位夾子等?？刹⑷胗糜谡{(diào)整彈簧剛度的切口或孔口等。

在實際實踐中，將具有環(huán)形彈簧襯墊的軟管夾放置于待接合的軟管及接頭上方。借助于張緊機構(gòu)來減小夾直徑。通過增加襯墊的圓周重疊長度而與夾直徑減小成比例地減小彈簧襯墊直徑。隨著經(jīng)組合軟管夾與環(huán)形彈簧襯墊直徑減小，作用于下面的軟管及接頭上的徑向壓力增加。由于襯墊的形狀，軟管上的徑向壓力從由夾單獨產(chǎn)生的壓力放大，而在襯墊下方的軟管區(qū)中保持相對均勻。

隨著作用于彈簧襯墊上的徑向力由于外部箍中的張力的增加而增加，彈簧襯墊以使得凸肩5朝向軟管11向下偏轉(zhuǎn)的方式偏轉(zhuǎn)。此移動可繼續(xù)直到實現(xiàn)所要張力為止。然而，所述移動在中心平坦部分7接觸(如果真發(fā)生)夾箍1的內(nèi)面的點處受到限制。所述偏轉(zhuǎn)為彈性類彈簧行為。因此，襯墊可如同彈簧一樣對箍張力及/或徑向壓力的變化做出響應。此彈簧行為確保中心平坦部分7在夾安裝的整個使用期限中對軟管施加充足徑向壓力。

作為可能修改形式的實例，想象出，在本發(fā)明的一個實施例中，軟管夾的內(nèi)面在組裝時最初可接觸彈簧襯墊的一個凸肩，夾的內(nèi)面與襯墊的第二凸肩之間存在間隙。隨著此實施例的軟管夾張緊，內(nèi)面與第二凸肩之間的間隙將因為在彈簧襯墊中存儲了變形能量而閉合，其中所述夾也許甚至最終坐落在第二凸肩上。

以下實例圖解說明本發(fā)明的實施例的使用及益處。針對所述實例，獲得如圖1中所展示具有蝸桿傳動裝置張緊的軟管夾。箍具有0.405英寸(10.3mm)的寬度及大約2.5英寸(大約65mm)的標稱直徑。作為發(fā)明實例，還構(gòu)造如圖2中所展示的彈簧襯墊，其具有0.47英寸(11.9mm)的總寬度及0.165英寸(4.2mm)的接觸部分7的寬度，且此與前述軟管夾一起使用。作為比較性實例1，軟管夾不與彈簧襯墊一起使用。作為比較性實例2，構(gòu)造根據(jù)第7,302,741號美國專利圖2的具有兩個向內(nèi)隆脊的彈簧襯墊，其具有類似總寬度且與軟管夾一起使用。

三個實例又應用于大約2.25英寸內(nèi)徑的經(jīng)加強橡膠軟管，其中插入平滑圓柱形心軸或接頭。在心軸與軟管之間插入膜型壓力傳感器。在大約沿圓周方向的31個位置×沿軸向方向的44個位置處記錄軟管與心軸之間的壓力分布曲線，且計算位于襯墊正下方的位置的平均壓力并在正規(guī)化基礎(chǔ)上進行比較。向發(fā)明實例以及比較性實例1及2的蝸桿傳動裝置施加30in-lbs(3.4N-m)的相同力矩。在表1中呈現(xiàn)此比較的結(jié)果。在圖4中展示此比較的經(jīng)平滑壓力分布曲線。在圖4中將比較性實例縮寫為“Comp.Ex.”。通過在31個圓周位置中的每一者處對沿著軸向方向的所有位置求平均來平滑圖4中的分布曲線。接著對圓周數(shù)據(jù)的四個順序數(shù)據(jù)點的七個群組及三個順序數(shù)據(jù)點的一個群組求平均，從而產(chǎn)生圖4中所展示的經(jīng)平滑圓周壓力分布曲線的八個數(shù)據(jù)點。

表1.

表1及圖4中的結(jié)果圖解說明發(fā)明彈簧襯墊的各種優(yōu)點。表1中所展示的平均壓力結(jié)果圖解說明彈簧襯墊可如何放大夾力以增加徑向密封壓力。然而，不具有襯墊的夾上的平均壓力的42％增加小于將根據(jù)發(fā)明襯墊相比于箍的寬度差所預測的增加。認為此不足是由于橡膠內(nèi)的邊緣效應及松弛或壓力形變效應所致。如此，所展現(xiàn)的特定優(yōu)點可取決于正被夾持的軟管構(gòu)造及材料的細節(jié)。因此，本發(fā)明的益處及相對于現(xiàn)有技術(shù)襯墊的比較性優(yōu)點可取決于軟管的類型及應用的類型。現(xiàn)有技術(shù)襯墊借助其兩個隆脊仍可直接在隆脊下方給出較高峰值壓力。然而，可借助較高平均壓力但較低峰值壓力更好地夾持一些類型的軟管或應用。

在圖4中，可看出，發(fā)明實例的夾壓力在整個圓周內(nèi)高于比較性實例。此應轉(zhuǎn)換為發(fā)明實例的經(jīng)改進密封性能。圖4還圖解說明平坦彈簧襯墊圍繞夾圓周提供比不具有襯墊的比較性實例更均勻的壓力分布。蝸桿傳動外殼的區(qū)中的變化(在圖4中接近位置5)在使用襯墊時比不具有襯墊時顯著小。此也應轉(zhuǎn)換為經(jīng)改進密封性能。

雖然已詳細描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應理解，可在本文中做出各種改變、替代及更改，而此并不背離如由所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神及范圍。此外，本申請案的范圍并不打算限于本說明書中所描述的過程、機器、制品、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟的特定實施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示內(nèi)容將易于了解，可根據(jù)本發(fā)明利用當前存在或稍后將開發(fā)的執(zhí)行與本文中所描述的對應實施例大致相同的功能或?qū)崿F(xiàn)大致相同的結(jié)果的過程、機器、制品、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求書打算在其范圍內(nèi)包含此些過程、機器、制品、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟?？稍诓淮嬖诒疚闹形淳唧w揭示的任何元件的情況下適合地實踐本文中所揭示的發(fā)明。