可注射帽.pdf

本发明提出了一种帽(300)，该帽用于围绕紧固件(302、303)的一个端部形成密封腔(312)，从而在闪电击中紧固件(302、303)的情况下容受渗气事件和放火花事件。本发明还提出了包括这种帽(300)的接合部、部件套件以及用于安装这种帽(300)的方法。根据本发明的帽(300)包括：内帽构件(310)，该内帽构件(310)具有环形基部(311)，环形基部(311)终止于环绕通向空气腔(312)的开口的边缘(318)处以用于围封紧固件(302、303)的一个端部；以及外帽构件(320)，该外帽构件具有远离环形基部(311)径向向外延伸的环形裙部或凸缘(340)，在环形裙部或凸缘(340)与环形基部(311)之间限定有环形密封腔(334)。该帽(300)还包括密封材料入口(344)，该密封材料入口包括外帽构件(320)中的与环形密封腔(334)流体连通的开口(322)，开口(322)布置成与密封材料注射装置(309)相互连接，以提供从密封材料入口(344)进入环形密封腔(334)的可固化密封材料(301)的流。内帽构件(310)和外帽构件(320)焊接在一起。

权利要求书
1.  一种用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔的帽，所述帽包括：
内帽构件，所述内帽构件具有环形基部，所述环形基部终止于环绕通向空气腔的开口的边缘处，以用于围封所述紧固件的所述一个端部；
外帽构件，所述外帽构件具有环形裙部或凸缘，在所述环形裙部或凸缘与所述环形基部之间限定有环形密封腔；以及
密封材料入口，所述密封材料入口包括所述外帽构件中的与所述环形密封腔流体连通的开口，所述开口布置成与密封材料注射装置相互连接，以提供从所述密封材料入口进入所述环形密封腔的可固化密封材料流，
其中，所述内帽构件和所述外帽构件焊接在一起。

2.  根据权利要求1所述的帽，其中，所述内帽构件和所述外帽构件通过三个或更多个焊缝焊接在一起，在所述焊缝之间具有通路以使得所述可固化密封材料能够在所述焊缝之间流动并流入到所述环形密封腔中。

3.  根据权利要求1或2所述的帽，还包括多个通道，所述多个通道形成在所述内帽构件的外表面中或者所述外帽构件的内表面中，每个通道均与所述密封材料入口的所述开口以及所述环形密封腔流体连通，其中，所述内帽构件和所述外帽构件在所述通道之间焊接在一起。

4.  根据权利要求3所述的帽，其中，或者所述通道形成在所述内帽构件的所述外表面中并被抵接所述外帽构件的所述内表面的脊部隔开，并且抵接所述外帽构件的所述内表面的所述脊部中的至少一个脊部焊接至所述外帽构件的所述内表面；或者所述通道形成在所述外帽构件的所述内表面中并且被抵接所述内帽构件的所述外表面的脊部隔开，并且抵接所述内帽构件的所述外表面的所述脊部中的至少一个脊部焊接至所述内帽构件的所述外表面。

5.  根据任一前述权利要求所述的帽，其中，所述内帽构件包括从所述环形基部延伸的大致圆顶状部，所述外帽构件包括从所述环形裙部或凸缘延伸的对应的大致圆顶状部，并且所述大致圆顶状部焊接在一起。

6.  根据任一前述权利要求所述的帽，其中，所述内帽构件包括将所述环形基部接合至外侧部的肩部，所述外侧部与所述环形基部相比较具有较小的外径，所述肩部在凸拐角处与所述环形基部相接并且在凹拐角处与所述外侧部相接；并且所述外帽构件包括将所述环形裙部或凸缘接合至对应的外侧部的对应肩部，所述对应的外侧部与所述环形裙部或凸缘相比较具有较小的内径，所述对应肩部在凸拐角处与所述环形裙部或凸缘相接并且在凹拐角处与所述对应的外侧部相接。

7.  根据权利要求6所述的帽，其中，所述内帽构件的所述肩部焊接至所述外帽构件的所述对应肩部。

8.  根据权利要求6所述的帽，其中，所述内帽构件的所述外侧部焊接至所述外帽构件的所述外侧部。

9.  根据权利要求6、7或8所述的帽，其中，所述外侧部是大致圆顶状的。

10.  根据任一前述权利要求所述的帽，其中，所述内帽构件和所述外帽构件均由热塑性材料形成。

11.  一种制造根据任一前述权利要求所述的帽的方法，所述方法包括将所述内帽构件组装在所述外帽构件内，以及将所述内帽构件和所述外帽构件通过焊接接合在一起。

12.  根据权利要求11所述的方法，包括将所述内帽构件和所述外帽构件通过超声波焊接接合在一起。

13.  根据权利要求10或11所述的方法，还包括在所述组装期间在所述内帽构件与所述外帽构件之间产生相对运动，以及在所述相对运动期间将所述内帽构件和所述外帽构件焊接在一起。

14.  根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，还包括使所述内帽构件和所述外帽构件与相应的超声波工具接触，以及利用来自所述超声波工具中的一个或两个超声波工具的超声波能量来将所述内帽构件和所述外帽构件焊接在一起。

15.  根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其中，所述内帽构件和所述外帽构件具有大致平行的叠套表面，所述叠套表面受剪熔合以将所述内帽构件和所述外帽构件焊接在一起。

16.  一种接合部，包括：
结构体；
穿过所述结构体的紧固件；
根据权利要求1至9中的任一项所述的帽，其中，所述内帽构件的所述空气腔围封所述紧固件的端部，并且所述内帽构件的所述边缘抵接所述结构体；以及
密封材料，所述密封材料填充所述帽的所述环形密封腔并且接触所述结构体以密封所述空气腔。

17.  根据权利要求16所述的接合部，其中，所述结构体包括飞行器的结构部件。

18.  一种部件套件，所述部件套件能够被组装并焊接以提供根据权利要求1至9中的任一项所述的帽，所述部件套件包括：
内帽构件，所述内帽构件具有环形基部，所述环形基部终止于环绕通向空气腔的开口的边缘处，以用于围封紧固件的所述端部；
外帽构件，所述外帽构件具有环形裙部或凸缘，
其中，所述帽构件成形为使得在进行将所述内帽构件配合在所述外帽构件内的组装时，所述环形裙部或凸缘与所述环形基部之间限定有环形密封腔，并且
其中，所述内帽构件或所述外帽构件包括形成有焊接特征的壁部，所述焊接特征从所述壁部突出使得所述焊接特征在所述内帽构件和所述外帽构件被组装时与另一帽构件接触。

19.  根据权利要求18所述的部件套件，其中，所述内帽构件包括将所述环形基部接合至外侧部的肩部，所述外侧部与所述环形基部相比较具有较小的外径，所述肩部在凸拐角处与所述环形基部相接并且在凹拐角处与所述外侧部相接；并且所述外帽构件包括将所述环形裙部或凸缘接合至对应的外侧部的对应肩部，所述对应的外侧部与所述环形裙部或凸缘相比较具有较小的内径，所述对应肩部在凸拐角处与所述环形裙部或凸缘相接并且在凹拐角处与所述对应的外侧部相接。

20.  根据权利要求19所述的部件套件，其中，所述焊接特征形成在所述内帽构件的所述肩部或所述外帽构件的所述对应肩部上。

21.  根据权利要求19所述的部件套件，其中，所述焊接特征形成在所述内帽构件的所述外侧部或所述外帽构件的所述外侧部上。

22.  根据权利要求19、20或21所述的部件套件，其中，所述外侧部是大致圆顶状的。

23.  根据权利要求19至22中的任一项所述的部件套件，其中，所述内帽构件或所述外帽构件包括形成有三个或更多个焊接特征的壁部，所述三个或更多个焊接特征从所述壁部突出使得所述三个或更多个焊接特征在所述内帽构件和所述外帽构件被组装时与另一帽构件接触。

24.  根据权利要求19至23中的任一项所述的部件套件，其中，所述内帽构件或所述外帽构件包括形成有焊接特征的壁部，所述焊接特征从所述壁部突出使得所述焊接特征在所述内帽构件和所述外帽构件被组装时与另一帽构件接触，并且其中，所述壁部具有在所述焊接特征处增大的壁厚。

25.  根据权利要求19至24中的任一项所述的部件套件，其中，所述焊接特征和所述外帽构件具有大致平行的相对表面。

26.  根据权利要求19至25中的任一项所述的部件套件，其中，所述焊接特征朝向一点或一边缘逐渐变细，所述点或所述边缘定位成使得是所述焊接特征的第一部分在所述内帽构件和所述外帽构件被组装时与另一帽构件接触。

27.  根据权利要求19至26中的任一项所述的部件套件，还包括多个通道，所述多个通道形成在所述内帽构件的外表面中或者所述外帽构件的内表面中，其中，所述焊接特征形成在一对所述通道之间。

28.  根据权利要求19至27中的任一项所述的部件套件，其中，所述内帽构件或所述外帽构件包括形成有三个或更多个焊接特征的壁部，所述三个或更多个焊接特征各自均从所述壁部突出使得所述三个或更多个焊接特征在所述内帽构件和所述外帽构件被组装时各自均与另一帽构件接触，所述焊接特征之间具有通路。

29.  一种安装帽以围绕穿过结构体的紧固件的一个端部形成密封腔的方法，所述帽包括根据权利要求1所述的帽，所述方法包括：
将所述帽安装在所述紧固件的所述一个端部上方，使得所述紧固件的所述一个端部被围封在所述内帽构件的所述空气腔内并且所述环形基部的所述边缘抵接所述结构体；
将可固化密封材料经由所述密封材料入口注射到所述环形密封腔中，使得所述可固化密封材料接触所述结构体；以及
固化所述可固化密封材料以密封所述空气腔。

30.  根据权利要求29所述的方法，其中，所述结构体包括飞行器的结构部件。

说明书可注射帽
技术领域
本发明涉及用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔的帽、包括这种帽的接合部、部件套件、以及用于安装这种帽的方法。
背景技术
EP-A-0334011中描述了提供火花抑制的已知方法。一定体积的气体由围绕紧固件的帽围封。气体针对在任何雷击期间可能发生于复合材料结构与金属紧固件之间的电弧放电提供火花抑制。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔的帽，该帽包括：内帽构件，该内帽构件具有环形基部，环形基部终止于环绕通向空气腔的开口的边缘处以用于围封紧固件的一个端部；外帽构件，该外帽构件具有可选地远离环形基部径向向外延伸的环形裙部或凸缘，在环形裙部或凸缘与环形基部之间限定有环形密封腔；以及密封材料入口，该密封材料入口包括外帽构件中的与环形密封腔流体连通的开口，该开口布置成与密封材料注射装置相互连接，以提供从密封材料入口进入环形密封腔的可固化密封材料流。内帽构件和外帽构件通过一个或多个焊缝焊接在一起。将帽构件焊接在一起防止了外帽构件因密封材料的压力而变得移位。
内帽构件和外帽构件可以通过仅单个焊缝焊接在一起，但更一般地，内帽构件和外帽构件通过三个或更多个焊缝焊接在一起，这些焊缝之间具有通路以使得可固化密封材料能够在这些焊缝之间流动并流入到环形密封腔中。
由于密封材料能够在将帽定位到紧固件的端部上之后被注射，因此可以使用具有较短处理时间和固化时间的密封材料。密封材料 可以在密封材料注射装置中根据应用而混合，因此确保了材料在其工作寿命期间以及在其已经开始固化之前施加。快速固化密封材料具有非常快地提供稳定结合的优点。也就是说，安装的帽将能够在短时间内承受来自组装工作者的意外撞击等。
环形密封腔提供了用于密封的较大接触面积，这进而又在相对较小的占用区域中提供了帽与结构体之间的牢固且可靠的结合。帽与结构体之间的良好的密封是至关重要的，既要保持空气腔内的空气的密封体积以使得空气腔可以安全地容受雷击期间造成的渗气和放火花，又要防止燃料泄漏到空气腔中。
本发明的帽还防止固化的密封内的气隙，并提供了干净且一致的施加过程。特别重要的是防止密封材料中的气隙，是因为这种气隙损害密封(结合线)并因此使得燃料漏入空气腔中。
环形密封腔内的密封材料具有在螺帽安装在穿过结构体的紧固件上方时密封空气腔的主要功能，但还可以具有将帽结合至结构体的功能。因此，密封材料可以包括密封及结合材料。类似地，环形密封腔可以包括环形密封及结合腔。
密封材料入口的开口优选地在外帽构件的中央轴线上定中心。这种中央位置确保了至环形密封腔的整个圆周的均匀流动。替代性地，该开口在一些实施方式中可以偏离中央轴线以使得帽能够安装在有限空间中。在这些情况下可能有必要将附加的限制特征或其他特征并入到帽中来确保密封材料流能够提供均匀密封(结合线)。
该帽还可以包括储存器，储存器设置成接纳来自开口的可固化密封材料并将其分布至环形密封腔。储存器可以包括与开口轴向对准(即，直接定位在开口下方)的顶部敞开的腔室。
内帽构件优选地包括从环形基部延伸的大致圆顶状部，并且外帽构件优选地包括从环形裙部或凸缘延伸的对应的大致圆顶状部。外帽构件的圆顶形状减小了例如由组装工人的意外撞击对帽造成损害的可能性，并且使应力集中最小化。内帽构件的圆顶形状使空气腔的容积最小化，并且因此使帽的总体尺寸和质量最小化。因此，对于给定的重量和空间封罩而言，圆顶形状使空气腔容积最大化。
该帽可以包括多个通道，所述多个通道形成在内帽构件的外表面 中或者外帽构件的内表面中，每个通道均与密封材料入口的开口以及环形密封腔流体连通。内帽构件和外帽构件可以在这些通道之间焊接在一起。
通道可以是延伸经过内帽构件与外帽构件之间的间隙的仅一部分的浅的通道，间隙的剩余部分提供连续的接合区域。更优选地：或者通道形成在内帽构件的外表面中并被抵接外帽构件的内表面的脊部隔开；或者通道形成在外帽构件的内表面中并且被抵接内帽构件的外表面的脊部隔开。因此，在这种情况下，脊部将内帽构件与外帽构件之间的间隙分成多个通道并且不允许密封材料在通道之间流动。脊部可以在其抵接另一帽构件的位置处焊接至此另一帽构件。
通常，每个通道均具有通道入口和出口，通道入口设置成接纳来自密封材料入口的可固化密封材料流，出口设置成将可固化密封材料流供给到环形密封腔中。通道可以一直延伸至内帽构件的环形基部的边缘，但更优选地，通道的出口从内帽构件的环形基部的边缘沿轴向方向向后设置。
内帽构件和外帽构件可以仅在一侧上形成有通道，但更优选地，内帽构件或外帽构件具有瓦楞形状。也就是说，或者通道形成在内帽构件的外表面中并且多个对应的通道形成在内帽构件的内表面中；或者通道形成在外帽构件的内表面中并且多个对应的通道形成在外帽构件的外表面中。形成具有这种瓦楞形状的内帽构件或外帽构件使得能够形成相对较窄的通道而不会造成大量额外重量。
内帽构件或外帽构件通常具有形成通道的侧壁，侧壁具有基本一致的壁厚。这使帽的重量最小化。
每个通道均可以具有随着其朝向环形密封腔延伸而增大的宽度。这促使来自不同通道的分开的密封材料流在它们离开通道时汇合。
每个通道均可以具有随着其朝向环形密封腔延伸而减小的深度。
优选地，外帽构件的环形裙部或凸缘终止于边缘处，环形裙部或凸缘的边缘沿轴向方向偏离内帽构件的环形基部的边缘。也就是说，当帽就位时，即当紧固件的端部围封在空气腔内并且内帽构件 的边缘抵接紧固件所穿过的结构体时，通常将在环形裙部或凸缘的边缘与结构体之间存在间隙。该间隙使密封材料能够从环形密封腔流出，使得密封材料围绕帽形成可见环，从而提供了完整且均匀的密封的视觉指示。偏移的边缘还使帽能够配合至具有靠近内帽构件的边缘的隆起区域(例如圆角半径或台阶)的结构体。
内帽构件和外帽构件在它们被组装并焊接在一起之前优选地形成为分开的部件。通过使两个构件形成为分开的部件，制造过程被大大简化。内帽构件和外帽构件可以通过注塑模制形成，优选地由诸如玻璃填充聚醚酰亚胺(PEI)之类的热塑性材料形成。
可选地，外帽构件是透明的，目的在于在密封材料被注入时对其进行观察。
环形密封腔可以具有大致喇叭形形状，使得环形密封腔的截面积随着距环形基部的边缘的距离而减小。因此，密封材料的与帽所结合至的结构体接触的面积在不增大帽的总直径的情况下可以最大化。因此，环形裙部或凸缘优选地从环形基部以相对于环形基部成锐角的方式径向向外延伸。替代性地，环形裙部或凸缘可以从环形基部以相对于环形基部成直角的方式径向向外延伸。
环形裙部或凸缘可以从环形基部沿其全长径向向外延伸。替代性地，环形裙部或凸缘可以包括筒状部和肩部，筒状部平行于环形基部延伸，肩部从环形基部径向向外延伸并将筒状部接合至外帽构件的外侧部(其可以是圆顶状的)。肩部可以从环形基部以相对于环形基部成锐角的方式或相对于环形基部成直角的方式径向向外延伸。
密封材料入口可以包括外帽构件中的突出部(如凸台)，该突出部包括开口并设置成与密封材料注射装置互相连接。
帽的环形部分(也就是说，环形基部、环形裙部或凸缘、以及环形密封腔)的截面可以具有大致圆形形状，或者帽的环形部分的截面可以是任何其他封闭形状，如六边形或方形(例如用以围封具有六边形或方形形状的紧固件)。
本发明的第二方面提供了一种接合部，该接合部包括：结构体；穿过结构体的紧固件；根据第一方面的帽，其中，内帽构件的空气腔 围封紧固件的端部，并且内帽构件的边缘抵接结构体；以及密封材料，该密封材料填充帽的环形密封腔并且接触结构体以密封空气腔。
因此，环形密封腔内的密封材料用于使密封部(结合部)厚度以及密封部(结合部)的外侧与空气腔(内腔)之间的泄露路径长度最大化。
在优选的实施方式中，密封材料(或密封及结合材料)填充环形密封腔以也将帽结合至结构体。帽与结构体之间的结合部因此由帽-密封剂材料结合部和密封剂材料-结构体结合部形成。
根据第一方面的帽可以围封紧固件的每个端部，使得接合部从结构体的两侧进行密封。
结构体优选地为飞行器的结构部件，更优选地为飞行器机翼的结构部件，并且最优选地为飞行器机翼的形成燃料罐的边界壁的结构部件。结构体优选地包括复合材料结构部件，并且紧固件可以是金属紧固件。在这种情况下，雷击尤其可能发生在紧固件处。结构体通常包括通过紧固件接合在一起的一对结构部件。在这种飞行器应用中，帽的空气腔提供了气穴，在该气穴内受控的渗气事件或放火花事件可以在雷击的情况下安全地发生。密封材料还提供了围绕紧固件的端部的流体密封，从而防止了燃料通过紧固件穿过的结构体中的孔的泄漏。
内帽构件可以或可以不抵接紧固件。如果内帽构件抵接紧固件，则其可以经由从内帽构件的内表面突出的多个肋部来抵接紧固件。
紧固件可以从结构体突出，或其可以置入结构体内的钻埋头孔。
本发明的第三方面提供了部件套件，该部件套件可以被组装以提供根据本发明的第一方面的帽。部件套件包括：内帽构件，内帽构件具有环形基部，所述环形基部终止于环绕通向空气腔的开口的边缘处以用于围封紧固件的端部；和外帽构件，外帽构件具有环形裙部或凸缘。帽构件定形成使得在进行将内帽构件配合在外帽构件内的组装时，环形裙部或凸缘与环形基部之间限定有环形密封腔。内帽构件或外帽构件包括形成有焊接特征的壁部，所述焊接特征从壁部突出使得焊接特征在内帽构件和外帽构件被组装时与另一帽构件接触。
可能仅存在单个焊接特征，但更一般地，内帽构件或外帽构件包括形成有三个或更多个焊接特征的壁部，所述三个或更多个焊接特征从壁部突出使得所述三个或更多个焊接特征在内帽构件和外帽构件被组装时与另一帽构件接触，焊缝之间具有通路以使得可固化密封材料能够在焊缝之间流动并流入到环形密封腔中。
焊接特征通常从壁部突出，并且该壁部具有在焊接特征处增大的壁厚。该增大的壁厚提供了可以熔合以形成焊缝的材料。
焊接特征和另一帽构件可以具有设置成形成剪切焊缝的大致平行的相对表面。
焊接特征可以形成在内帽构件或外帽构件中的一对通道之间。
可选地，此套件还包括具有喷嘴的密封材料注射装置，喷嘴设置成与帽的密封材料入口互相连接以将可固化密封材料流引入到环形密封腔中。
通过提供与可固化密封材料分开的帽，密封材料可以是具有短的工作寿命类型的快速固化密封材料，原因在于它可选地经由静态混合喷嘴直接施加于组装的帽。部件套件可以用于形成第二方面的接合部，从而实现相关联的益处。所述帽可以包括根据第一方面的帽。
注射装置可以手动地供以动力、电动地供以动力、或通过压缩空气供以动力。注射装置可以设置成输送固定体积的密封材料，从而来确保受控的且一致的施加过程。
本发明的第四方面提供了一种安装根据本发明的第一方面的帽以围绕穿过结构体的紧固件的一个端部形成密封腔的方法。该方法包括：将帽安装在紧固件的一个端部上方，使得紧固件的一个端部被围封在内帽构件的空气腔内并且环形基部的边缘抵接结构体；将可固化密封材料经由密封材料入口注射到环形密封腔中，使得可固化密封材料接触结构体；以及固化可固化密封材料以密封空气腔。
因此，固化的密封材料可以形成围绕空气腔的连续的无空隙密封部(结合部)。
固化可固化密封材料的步骤还可以包括将帽粘结至结构体。
该方法可以导致根据第二方面的接合部并且可以利用根据第三方面的部件套件。
结构体优选地包括飞行器的结构部件，更优选地包括飞行器机翼的结构部件，并且最优选地包括飞行器机翼的形成燃料罐的边界壁的结构部件。结构体优选地包括复合材料结构部件或混合组装的复合材料结构部件和金属结构部件，并且紧固件包括金属紧固件。在这种情况下，雷击尤其可能发生在紧固件处或紧邻紧固件的周围区域中。结构体通常包括通过紧固件接合在一起的一对结构部件。在这种飞行器应用中，帽的空气腔提供了气穴，该气穴将安全地容受在雷击的情况下发生的渗气事件或放火花事件。密封材料还提供了围绕紧固件的端部的流体密封，从而防止了到内部空气腔中的燃料泄漏。
本发明的另一方面提供了一种制造根据第一方面的帽的方法。该方法包括将内帽构件组装在外帽构件内，以及将内帽构件和外帽构件通过焊接接合在一起。帽构件可以通过引起帽构件之间的熔合的任何焊接方法接合在一起，任何焊接方法包括例如电极点焊或超声波焊接。在超声波焊接的情况下，内帽构件和外帽构件可以通过各自的超声波工具接触，并利用来自超声波工具中的一个或两个超声波工具的超声波能量焊接在一起。
帽构件可以在组装之后焊接在一起，但更优选地，组装期间在内帽构件与外帽构件之间产生相对运动，并且帽构件在该相对运动期间焊接在一起。通常，帽构件在第一组装阶段中被合拢在一起以到达部分组装位置，在部分组装位置中，帽构件的焊接区域彼此接触；然后帽构件在第二组装阶段移动越过部分组装位置至完全组装位置，在第二组装阶段期间焊接区域熔合。
内帽构件和外帽构件可以具有基本平行的叠套表面，叠套表面受剪熔合以将内帽构件和外帽构件焊接在一起。
通常，内帽构件包括将环形基部接合至外侧部(其可以是圆顶状的)的肩部，外侧部与环形基部相比较具有较小的外径，肩部在凸拐角处与环形基部相接并且在凹拐角处与外侧部相接；并且外帽构件包括将环形裙部或凸缘接合至对应的外侧部(其可以是圆顶状的)的对 应肩部，对应的外侧部与环形裙部或凸缘相比较具有较小的内径，对应肩部在凸拐角处与环形裙部或凸缘相接并且在凹拐角处与对应的外侧部相接。
在一些实施方式中，内帽构件的肩部可选地经由内帽构件或外帽构件中的焊接特征焊接至外帽构件的对应肩部。在其他实施方式中，内帽构件的外侧部可选地经由内帽构件或外帽构件中的焊接特征焊接至外帽构件的外侧部。
上文或下文所讨论的与本发明的各方面中的任何方面相关的可选的或所需的特征中的任何特征可以或者单独地或者以任何组合应用到任何其他方面。
附图说明
现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1为处于安装状态的根据本发明的第一实施方式的螺帽的平面图；
图2a为在注射密封材料之前的沿着图1中的线D-D截取的截面图；
图2b为在注射密封材料之后的沿着图1中的线D-D截取的截面图；
图3为图1的螺帽的内帽构件的侧视图；
图4为图3的内帽构件的平面图；
图5为沿着图3中的线A-A截取的截面图；
图6为从下方及一侧观看的图5的内帽构件的等距视图；
图7为图1的螺帽的外帽构件的侧视图；
图8为图7的外帽构件的平面图；
图9为沿着图7中的线B-B截取的截面图；
图10为从上方及一侧观看的图7的外帽构件的等距视图；
图11为在注射密封材料之前的根据本发明的第二实施方式的螺 帽的截面图；
图12为图11的螺帽的内帽构件的侧视图；
图13为图12的内帽构件的平面图；
图14为处于部分组装位置的图11的螺帽的一部分的截面图；
图15为处于完全组装位置的包括焊接接合部的图11的螺帽的一部分的截面图；
图16为根据本发明的第三实施方式的螺帽的内帽构件的侧视图；
图17为图16的内帽构件的平面图；
图18为处于部分组装位置的根据本发明的第三实施方式的螺帽的一部分的截面图；
图19为处于完全组装位置的包括焊接接合部的图18的螺帽的截面图；
图20为根据本发明的第四实施方式的螺帽的内帽构件的侧视图；
图21为处于部分组装位置的根据本发明的第四实施方式的螺帽的一部分的截面图；
图22为根据本发明的第五实施方式的螺帽的内帽构件的侧视图；
图23为处于部分组装位置的根据本发明的第五实施方式的螺帽的一部分的截面图；
图24示出了用于组装根据本发明的第六实施方式的螺帽的部件套件；
图25为根据本发明的第七实施方式的螺帽的内帽构件的等距视图；
图26为图25的内帽构件的仰视图；
图27为根据本发明的第七实施方式的螺帽的外帽构件的等距视图；
图28为图27的外帽构件的截面图；以及
图29为处于螺帽与结构体相接的安装状态的根据本发明的第七实施方式的螺帽的一部分的放大截面图。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的第一实施方式的可注射螺帽300。
螺帽包括图3至图12中示出的内帽构件310和外帽构件320。内帽构件310和外帽构件320由诸如玻璃填充聚醚酰亚胺(PEI)之类的热塑性材料注塑模制而成。一种合适的玻璃填充PEI为UltemTM2400，其包括按体积计为40％的玻璃纤维；或者为UltemTM2310，其包括按体积计为30％的玻璃纤维。内帽构件和外帽构件可以替代性地通过模制、通过添加制造工艺或者通过任何其他适当的工艺来制备。
内帽构件310为大致薄壁圆顶状构件，其具有如图2a和图2b中所示的围封紧固件的尾端的相应的圆顶状内部空气腔312。
参照图3，内帽构件310总体上由基部311和圆顶部310构成。基部311具有筒状部313和肩部314。肩部314将筒状部313接合至从基部311延伸至顶端317的较小直径的圆顶部310。肩部314在凸拐角370处与筒状部相接并且在凹拐角371处与圆顶部310相接。在图2的安装状态下，筒状部313的外露的内侧边缘318抵接结构元件50，以将紧固件的尾部完全封装在空气腔312内。紧固件包括拧到螺栓303上的螺母302和垫圈304。基部311的筒状部313具有用于提供内帽构件310与紧固件之间的机械连接的机械锁定特征。在本示例中，垫圈304包括垂悬部305，此垂悬部305与从筒状部313的内表面突出的三个卡扣配合突出部306互相连接。这些突出部306防止在注射密封剂材料时受密封剂材料的压力所迫而远离结构体50。内帽构件还具有如图2a和图2b中所示的夹持垫圈304的侧部的三个轴向延伸的肋部307。
参照图7，外帽构件320也为大致薄壁圆顶状构件，并且外帽构 件320定形成配合在内帽构件310上方。外帽构件320总体上由环形裙部340和较小直径的圆顶状外侧部343构成。环形裙部340具有筒状部341、将筒状部341接合至圆顶状外侧部343的肩部342以及位于环形裙部340的自由边缘处的喇叭状唇缘326。肩部342在凸拐角380处与筒状部341相接并且在凹拐角381处与圆顶部343相接。在圆顶状外侧部343的顶端处的锥形凸台344包括开口322。凸台344的外径定尺寸成被接纳在如图2b中所示的密封材料注射器枪309的喷嘴内。将喷嘴配合在凸台344上方是优选的(而不是将凸台344配合在喷嘴上)，这是由于将喷嘴配合在凸台344上方不限制密封材料的流动并且导致密封剂不太定向地流到帽中。可选地，喷嘴可以经由卡口式配合件或类似物与凸台相互连接。
内帽构件具有侧壁，该侧壁具有基本一致的壁厚。侧壁呈瓦楞形状，以在内帽构件的外表面中形成六个面向外的脊部351和通道350以及在内帽构件的内表面中形成对应的相同数目的面向内的脊部352和的通道353。脊部351如图2a中所示抵接外帽构件的圆顶部343的内表面，使得密封材料不能在通道350之间流动。脊部351通过超声波焊接附接至外帽构件320的内表面。
喷嘴309经由开口322将连续的密封材料301的流输送到帽构件之间的密封体积中。可以使用诸如由3MTM生产的Scotch-WeldTM之类的双组分环氧树脂基结构粘合剂。该粘合剂以筒(优选为50毫升的筒)的形式被供应并根据应用通过注射器枪在喷嘴309内混合。这种环氧树脂基粘合剂的是自由流动的、具有低粘度并且呈现为在室温下快速固化。一种合适的替代性材料为诸如由Chemetall生产的NaftosealTMMC-238A/B级之类的双组分多硫化物基密封剂。MC238A-2是特别优选的，其具有两小时的工作寿命和低粘度。
内帽构件310与外帽构件320之间的密封体积具有三个关键区域：储存器332；裙部340与基部311之间的环形密封体积(或腔)334a至334c；以及将储存器332与环形密封体积334a至334c相互连接的通道350。
储存器332在开口322的正下方，使得该储存器332接纳直接来自开口322的密封材料301。储存器332用于通过提供相对较低的流动阻力来改进密封材料至密封体积334a至334c中的流动，并 且储存器332还用于提供流入到通道350中的均匀、一致的流动。通道350内的密封材料一旦固化则用于将内帽构件310和外帽构件320结合在一起，并且为帽300增加了结构刚度。
环形密封体积具有图2a中示出的三个部分：肩部314与肩部342之间的上部分334a；筒状部341与筒状部313之间的筒状部分334b；以及基部311与唇缘326之间的下部分334c。
肩部342以比肩部314的锐角更大的大锐角远离帽的中心轴线370径向向外延伸。因此，肩部342的内表面以小的锐角远离肩部314的外表面径向延伸，使得环形密封体积334的上部分334a具有喇叭状形状，该喇叭状形状具有随着距开口322的距离而增大的横截面积。环形密封体积的下部分334c因喇叭状唇缘326而也具有喇叭状形状，使得该下部分334c的横截面积随着距开口322的距离而增大。环形密封体积334a至334c在其下部面处敞开，使得密封材料可以从环形密封体积向外流动并与结构元件50接触。
唇缘326从内帽构件310的基部边缘318轴向偏移。该布置确保外帽构件320在紧固件定位成非常靠近结构元件的诸如斜坡或半径区(圆角)之类的特征的情况下不与这种特征碰撞。这种潜在的碰撞在飞行器结构中是常见的，其中，紧固件的外边缘可能定位成距半径为5mm的圆角的边缘仅为1.6mm。还确保了密封能够适应结构元件中的小的表面特征偏差，并且该密封足够厚以在固化的情况下具有一定程度的挠度。
参照图3，每个通道350均具有设置成接纳来自密封材料入口的可固化密封材料流的入口360，以及具有设置成将可固化密封材料流供给到环形密封体积的上部分334a的出口361。通道350终止在肩部314处，使得通道350的出口361设置成自基部311的边缘318沿轴向方向向后设置。
一系列的通道350呈现出对流动的低阻力，因此密封材料可以从储存器更自由地流入到环形密封体积中。
如可以在图2a的左侧上看到的，每个通道350的深度沿流动方向逐渐减小。如可以在图3中看到的，每个通道350的周向宽度还均随着通道350沿着流动方向朝向环形密封体积延伸而增大。这促 进了来自通道的密封材料流在其离开通道350并进入环形密封体积334a至334c时的汇合。
在安装期间，帽300首先放置在图2a中示出的位置中，其中，紧固件的尾端(或者替代性地为头端)围封在空气腔312内。密封材料注射器枪的喷嘴309然后配合到凸台344上以在其间产生临时密封。预混合的密封材料301然后通过喷嘴309注入到储存器332中，预混合的密封材料301在该储存器332中聚集。当储存器332被填满时储存器332会溢流，导致密封材料均匀分布地流到通道350中。一旦通道350被填满，则密封材料的压力增大至其中密封材料被迫进入到环形密封体积334a至334c中的程度。密封材料完全填充环形密封体积334a至334c，直到密封材料流出并与结构体50接触为止，此时密封材料的从喷嘴309的流动停止。
注入的密封剂在帽构件之间施加压力，其可以施加对较小帽而言的30N至对较大帽而言的超过500N之间的力。在密封剂被注射之前将帽构件焊接在一起防止外帽构件通过该压力变得移位。
在将可固化密封材料注射到密封体积中之后，喷嘴309被移除并且注射的密封材料留下以进行固化。密封材料在固化时提供了帽300与结构体50之间的牢固的粘结，并且还提供了内帽构件310与外帽构件320之间的牢固的粘结。当密封材料为如上所述的环氧树脂基粘合剂时，该密封材料可以在大约一个小时内固化至使用强度(即适于提供足以承受来自组装工作者的敲击等的强度的程度)。这与多硫化物或二氧化锰基密封剂的12小时或更多的使用强度固化时间形成对比。
已固化的注入的密封材料还用于充分密封空气腔312。因而，空气腔312内的被捕获的空气可以提供安全环境，在该安全环境内可以容受在雷击期间产生的放火花事件和渗气事件。还防止了燃料、水或其他污染物进入到空气腔312中。
密封材料的注射方法避免气穴积聚(即空气截留)在密封体积334a至334c内，这是因为实现了密封材料的均匀分布的覆盖。这种气穴是特别不希望有的，这是因为这种气穴可能导致密封受损以及随后的通过紧固件接合部的燃料泄漏。
图11为根据本发明的第二实施方式的螺帽的截面图。螺帽与第一实施方式的螺帽类似，并且相同的附图标记用于表示相同的特征。在第二实施方式中，突出的焊接特征100(示出在图12至图14中)形成在内帽构件中的每个脊部351上。焊接特征100形成在脊部351的基部处，在此处脊部351与肩部314相接。如图14中所示，每个焊接特征100均具有成角度的上部面102和径向指向的侧面101，该侧面101在其下(外侧)边缘处与肩部314相接，该上部面102在凹拐角处与脊部351的外表面105相接。成角度的上部面102从水平位置以约45°的角度向下倾斜，但是该角度可以在0°与45°之间变化。
图15中示出的一对超声波工具110、111用于将帽构件焊接在一起。上部工具110具有在成角度的边沿处终止的环形形状，该上部工具110定形成与外帽构件的非平面外表面(即，外帽构件的成角度的肩部342和圆顶部343的竖向基部)密切地配合。下部工具111如图15中所示接纳在内帽构件内并且定形成与外帽构件的非平面内表面密切地接合。通过将上帽构件向下移动、将内帽构件向上移动或者所述两者的组合，内帽构件和外帽构件沿组装方向104合拢在一起。以下描述假设上帽构件向下移动。当上帽构件和超声波工具110在第一组装阶段沿方向104从图14的位置向下移动至部分组装位置时，外帽构件与焊接特征的上部面102接合(由于表面101与表面103之间的干涉距离约为0.3mm至0.5mm)。上帽然后在第二组装阶段中借助于在移动期间通过上部工具110、下部工具111或所述二者所施加的超声波能量(通常为20kHz或40kHz)而被进一步向下推动到图15的完全组装位置。该超声波能量使平行的叠套表面101、103融化并受剪熔合以形成图15中示出的焊缝120。
焊接特征100从脊部351突出，使得焊接特征100为内帽构件的在组装期间接触外帽构件的第一部分。也就是说，焊接特征在帽构件被完全组装之前就与外帽构件接触(不同于脊部351的其余部分，此其余部分仅在部件如图15中一样被完全组装时才接触外帽构件)。脊部351具有如图14中所示在焊接特征100处从厚度T1增大至厚度T2的壁厚。该增大的壁厚提供了可以与外帽构件熔合以形成焊缝的材料储备。
图16和图17示出了根据本发明的第三实施方式的螺帽的内帽构件。此螺帽与第二实施方式的螺帽类似，并且相同的附图标记用于表示相同的特征。在第三实施方式中，突出的焊接特征150均在每个脊部351的基部处在肩部314上形成。每个焊接特征150均具有与基部313齐平的径向指向的三角形侧面151。焊接特征150具有，其具有逐渐变窄并且在尖锐的凸边缘152处相接的一对侧面。
图18和图19中示出的一对超声波工具110、111用于将帽构件焊接在一起。当上帽构件和超声波工具110沿方向104从图18的位置向下移动时，外帽构件在部分组装位置中与焊接特征150的边缘152接合。该尖锐的边缘152为用以与外帽构件接触的焊接特征的第一部分，并且在接触表面融化并熔合时用作将超声波能量集中到接触区域中的能量导引器。当帽进一步向下移动至其完全组装位置时，焊接特征150和肩部342的内表面融化并熔合以形成图19中示出的焊缝160。
图20示出了根据本发明的第四实施方式的螺帽的内帽构件。螺帽与第二实施方式和第三实施方式的螺帽类似，并且相同的附图标记用于表示相同的特征。在第四实施方式中，突出的三角形焊接特征200形成在内帽构件的每个脊部351中。像第二实施方式的焊接特征100一样，焊接特征200也形成在脊部351的基部处，在此处脊部351与肩部314相接。
像第三实施方式的焊接特征150一样，每个焊接特征200均具有径向指向的侧面201。然而，侧面201不是与基部313齐平，而是如图21中所示的设置成从肩部与基部313相接的凸拐角向后设置。
像第三实施方式的焊接特征150一样，焊接特征200具有三棱柱形状，其具有逐渐变窄并且在边缘202处相接的一对侧面。
当上帽构件和超声波工具110从图21的位置沿方向104向下移动时，外帽构件与焊接特征200的尖锐边缘202接合(在表面201与表面103之间具有约为0.3mm至0.5mm的干涉距离)。当帽进一步向下移动时，平行的叠套表面201、103融化并受剪熔合以形成焊缝(未示出)。尖锐的边缘202为用以与外帽构件接触的焊接特征的 第一部分，并且在接触表面融化并熔合时用作将超声波能量集中到接触区域中的能量导引器。
图22和图23示出了第五实施方式，其中，第四实施方式的单个尖锐边缘的能量引导焊接特征200被一组三个类似的尖锐边缘的能量引导焊接特征250取代。
图24示出了第六实施方式，其中，内帽构件在每个脊部351上均形成有突出的锥形焊接特征270。每个焊接特征270均具有一对三角形端面271、272并具有弯曲的三棱柱形状，此弯曲的三棱柱形状具有逐渐变窄并在尖锐边缘273处相接的一对侧面，该三棱柱形状弯曲以遵循脊部351的圆顶形状。
一对超声波工具(未示出)用于将帽构件焊接在一起。在上帽构件和超声波工具向下移动时，外帽构件与焊接特征的边缘273接合。该尖锐的边缘273为焊接特征的用以与外帽构件接触的第一部分，并且在接触表面融化并熔合时用作将超声波能量集中到接触区域中的能量导引器。当帽进一步向下移动时，焊接特征270和外帽构件的内表面融化并熔合以形成六个焊接(未示出)。在替代性实施方式中，一个或多个环形脊部可以以绕外帽构件的整个圆周进行的方式形成在外帽构件的圆顶部的内表面中。这些环形脊部与所述六个焊接特征270形成点接触，从而将超声波能量引导到这些接触点中。这种环形脊部271中的一个环形脊部的截面轮廓通过示例的方式被示出。
图25至图29示出了形成根据本发明的第八实施方式的可注射螺帽的部件套件。该部件套件包括内帽构件410和外帽构件420。内帽构件410总体上由筒状基部413以及从该基部413延伸至平面顶端417的圆顶部416构成。
外帽构件420也为大致薄壁圆顶状构件，并且定形成配合在内帽构件410上。外帽构件420总体上由环形凸缘440、筒状基部441以及圆顶状外侧部442构成。圆顶状外侧部442包括被定尺寸成与密封材料注射枪的喷嘴(未示出)相互连接的开口422。
内帽构件具有侧壁，此侧壁具有基本一致的壁厚。多个面向外的脊部451和通道450形成在内帽构件的外表面中，并且对应的相 同数目的面向内的脊部452和通道453形成在内帽构件的内表面中。脊部451在帽被组装时抵接外帽构件420的内表面，使得密封材料不能在通道之间流动。脊部451通过超声波焊接附接至外帽构件420的内表面。
当如图29中所示进行组装时，小的环形密封体积(或腔)470形成在环形凸缘440的曲率半径407与内帽构件的基部413之间。参照图25，每个通道450均具有入口460和出口461，该入口460设置成接纳来自密封材料入口的可固化密封材料流，该出口461设置成将可固化密封材料流供给到环形密封体积470中。不同于前述实施方式，通道450终止在基部413的边缘414处。通道450具有对于流动具有低阻力的大致半圆形的截面形状。每个通道450的深度和宽度均沿着其长度保持基本恒定。
外帽构件的基部441的内表面形成有环形突出部480，该环形突出部480以卡扣配合的方式接纳在内帽构件的外表面中的对应的凹部481中。
在以上所讨论的本发明的实施方式中，脊部和通道形成在内帽构件中，并且外帽构件具有光滑的外表面。由于外帽构件的光滑的外表面不吸引污物并且具有对水或液体在帽上的流动影响较小的轮廓，因此这是优选的。然而，在替代性实施方式(未示出)中，外帽构件而不是内帽构件可以呈瓦楞形状以形成脊部和通道。
在以上所述的所有实施方式中，内帽构件和外帽构件通过多个焊缝(在大部分实施方式中为六个焊缝，在图25至图29的实施方式中为八个焊缝)接合在一起。帽构件通过多个单独的焊缝而不是以绕帽的整个圆周行进的单个连续的焊缝接合在一起，在焊缝之间留有通路以使得可固化密封材料能够在焊缝之间流动并流入到环形密封腔中。这些通路中的一个通路被示出在图11的左侧上、与焊缝120相对。
在以上所述的大部分实施方式中，突出的焊接特征形成在内帽构件而不是外帽构件上。然而，可以在外帽构件的内表面上形成等同的向内突出的焊接特征。可以提供这种向内突出的焊接特征以替代或附加于内帽构件上的向外突出的焊接特征。
尽管上文已经参照一个或多个优选实施方式对本发明进行了描述，但是将要理解的是，在不背离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以进行各种改变和修改。