ВНУТРЕННЯЯ УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ШАЙБА С ДВОЙНОЙ ЗАЩИТОЙ ДЛЯ КРЕПЕЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ЗАЩИЩАЮЩИХ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Российский патент 2021 года по МПК F16B19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Варианты реализации изобретения относятся в целом к уплотнению крепежных элементов для улучшения защиты от разряда молнии, а в частности, к вариантам реализации шайбы, имеющей полимерное/эластомерное уплотнение, выполненное с шайбой за одно целое.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Композитные конструкции в летательном аппарате обеспечивают существенные усовершенствования в отношении снижения веса и улучшения характеристик. Однако уменьшенная проводимость композитов, особенно в обшивках или других элементах поверхности может создать проблемы, связанные с электромагнитными воздействиями, в отношении молниезащиты, в частности, в местах, где используются металлические крепежные элементы.

[0003] Когда разряд молнии ударяет в конструкцию из пластика, армированного углеродным волокном (CFRP), существенная часть электрического тока может проходить в соседние конструкции через крепежные элементы. Когда электрическая энергия проходит между двумя поверхностями, нагрев, вызванный контактным сопротивлением, может повреждать материалы и приводить к появлению горячего газа (или плазмы) в отверстии или в пространстве между крепежным элементом и гайкой. Если получаемое давление является достаточно большим, газ может найти путь низкого давления и выйти из системы крепления. Этот путь иногда проходит у поверхности под выступающей головкой крепежного элемента. Эти выходящие газы могут быть достаточно горячими и во время выхода могут разрушать металлические части (крепежный элемент или конструкцию), образуя частицы или брызги.

[0004] Также может возникнуть дуговой разряд между наружной поверхностью головки крепежного элемента и конструкцией или втулкой крепежного элемента. Поскольку электроэнергия разряда молнии проходит между конструктивными соединениями, она проходит через металлические крепежные элементы. Выступающая головка крепежного элемента у некоторых крепежных элементов создает дуговой разряд между краем головки крепежного элемента и конструкцией, находящейся в контакте с головкой. Дуговой разряд может возникать между головкой крепежного элемента и конструкцией или головкой крепежного элемента и втулкой, если используется втулочный крепежный элемент.

[0005] Предпочтительное решение в уровне техники состоит в использовании предварительно отлитых уплотняющих крышек. Крышки должны быть специально изготовлены, и требуются множество этапов установки, включая индивидуальную зачистку и подготовку головок крепежного элемента. Крышки устанавливают на головки крепежных элементов с использованием жидкого герметика, который затем необходимо отверждать. Эти известные решения могут иметь результатом нежелательные дополнительные стоимость и вес.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Приведенные в качестве примера варианты реализации обеспечивают внутреннюю уплотнительную шайбу с двойной защитой, которая содержит радиально наружную металлическую часть, имеющую диэлектрическое покрытие, и радиально внутреннюю полимерную часть, взаимодействующую с металлической частью в месте сопряжения посредством неподвижной посадки. Полимерная часть имеет по меньшей мере одну коническую поверхность сжатия для взаимодействия с поверхностью конструкции вблизи отверстия и также имеет поверхность контакта с крепежным элементом для взаимодействия с сопрягаемой поверхностью на элементе системы крепления. Затяжка крепежного элемента приводит к сжатию по меньшей мере одной поверхности сжатия, что вызывает заданное давление в полимерной части в соединении, образованном крепежным элементом и конструкцией.

[0007] Система крепления представлена вариантами реализации, согласно которым крепежный элемент, имеющий головку, стержень и резьбовой конец, размещен в отверстии в конструкции. Гайка размещена на резьбовом конце, и первая внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой, размещенная на стержне между головкой и первой поверхностью конструкции, имеет радиально наружную металлическую часть с диэлектрическим покрытием и радиально внутреннюю полимерную часть, взаимодействующую с металлической частью в месте сопряжения за счет посадки с натягом. Полимерная часть имеет коническую поверхность сжатия для взаимодействия с первой поверхностью вблизи отверстия и имеет поверхность контакта с крепежным элементом для взаимодействия с сопрягаемой поверхностью на головке крепежного элемента. Вторая внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой, размещенная на стержне между второй поверхностью конструкции и гайкой, имеет радиально наружную металлическую часть с диэлектрическим покрытием и радиально внутреннюю полимерную часть, взаимодействующую с металлической частью в месте сопряжения за счет посадки с натягом. Полимерная часть имеет первую коническую поверхность сжатия для взаимодействия с поверхностью конструкции вблизи отверстия и вторую коническую поверхность сжатия для взаимодействия с поверхностью гайки. Затяжка крепежного элемента и гайки приводит к сжатию конической поверхности сжатия первой внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой, а также первой и второй конических поверхностей сжатия второй внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой, что вызывает заданное давление в полимерной части первой внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой и полимерной части второй внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой в соединении, созданном крепежным элементом, гайкой и конструкцией.

[0008] Варианты реализации обеспечивают способ усовершенствованной защиты от электромагнитных воздействий в соединении. Крепежный элемент вставляют через расположенную со стороны крепежного элемента внутреннюю уплотнительную шайбу с двойной защитой, имеющую радиально наружную металлическую часть и радиально внутреннюю полимерную часть по меньшей мере с одной поверхностью сжатия и поверхностью взаимодействия для взаимодействия с крепежным элементом. Стержень крепежного элемента вставляют в отверстие в конструкции, при этом внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой взаимодействует поверхностью сжатия с первой поверхностью конструкции рядом с отверстием. Расположенную со стороны гайки внутреннюю уплотнительную шайбу с двойной защитой, имеющую радиально наружную металлическую часть и радиально внутреннюю полимерную часть с первой поверхностью сжатия и второй поверхностью сжатия, размещают поверх резьбового конца крепежного элемента с первой поверхностью сжатия, взаимодействующей с второй поверхностью конструкции рядом с отверстием. Гайку размещают на резьбовом конце крепежного элемента так, что она взаимодействует со второй поверхностью сжатия. Затем гайку и крепежный элемент затягивают для сжатия по меньшей мере одной поверхности сжатия расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой, а также первой и второй поверхностей сжатия расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой для создания заданного повышенного давления в соединении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Признаки, функции и преимущества, описанные выше, могут быть достигнуты независимо в различных вариантах реализации настоящего изобретения или могут быть объединены согласно еще одним вариантам реализации, дополнительные подробности которых могут быть очевидны из следующего ниже описания и сопроводительных чертежей.

[0010] На ФИГ. 1 показан вид сверху приведенного в качестве примера варианта реализации внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой;

[0011] На ФИГ. 2 показано графическое изображение расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой;

[0012] На ФИГ. 3 показано перспективное изображение сверху расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой;

[0013] На ФИГ. 4 показано перспективное изображение снизу расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой;

[0014] На ФИГ. 5 показан перспективный вид с разрезом расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой;

[0015] На ФИГ. 6 показан подробный вид в разрезе расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой;

[0016] На ФИГ. 7 показан перспективный вид с разрезом расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой;

[0017] На ФИГ. 8 показан подробный вид в разрезе расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой;

[0018] На ФИГ. 9 показан вид в разрезе приведенного в качестве примера соединения с системой крепления, в которой используются расположенная со стороны крепежного элемента и расположенная со стороны гайки внутренние уплотнительные шайбы с двойной защитой с крепежным элементом и гайкой;

[0019] На ФИГ. 10 показан вид в разрезе приведенного в качестве примера соединения с отверстием, имеющим угловое смещение;

[0020] На ФИГ. 11 подробный вид приведенного в качестве примера соединения с отверстием, имеющим угловое смещение; и

[0021] На ФИГ. 12 показана блок-схема способа уплотнения крепежного элемента и гайки в соединении для усовершенствованной защиты от электромагнитных воздействий.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Описанные в настоящей заявке варианты реализации обеспечивают внутренние уплотнительные шайбы с двойной защитой как для размещения со стороны гайки, так и для размещения со стороны головки на крепежных элементах. Шайбы содержат радиально наружную металлическую часть и радиально внутреннюю полимерную часть, которая запрессована во внутренний диаметр металлической части. Металлическая часть содержит покрытие с высокой диэлектрической проницаемостью. Полимерная часть сужается, причем ее утолщенная часть находится во внутреннем диаметре и деформируется при сжатии, вызванном затяжкой элементов системы крепления (крепежным элементом и гайкой), для создания уплотнения. Задание размеров сужения полимерной части обеспечивает возможность того, что когда соединение, созданное системой крепления и конструкцией, затягивается, полимерная часть прикладывает силу в направлении внутрь к стержню крепежного элемента, в направлении наружу к внутреннему диаметру металлической части, в боковом направлении к головке крепежного элемента или поверхности гайки и конструкции до момента времени, когда не останется доступного пространства для растекания полимера, и дополнительное сжатие создает заданное повышенное давление в соединении. Полимерная часть сжимается до положения, в котором она действует как несжимаемая текучая среда и создает зону высокого давления между поверхностями системы крепления (крепежного элемента и гайки) и конструкции. Объемное сжатие в диапазоне от 30% до 75%, выбранное на основании размера диаметра шайб, обеспечивает достижение необходимых свойств в полимерных частях. Давление полимерной части создает фронт волны в соединении элементов конструкции. Конструкция вдоль отверстия и в наружном направлении на расстоянии примерно 0,010 дюймов (0,254 мм) оказывается под действием наибольшей силы в соединении, причем давление постепенно рассеивается, пока под действием силы не останутся только конструкция, металлическая часть шайбы и тело крепежного элемента. Эта увеличенная силовая зона/волна давления выдерживает высокую энергию, возникающую во время разряда молнии. Увеличенная силовая зона зажатого соединения больше, чем силовая зона роста давления, вызванного разрядом молнии. Таким образом, электрическая энергия рассеивается, соединение начинает охлаждаться, и вызванные разрядом молнии давления спадают без выпуска газов.

[0023] Во время разряда молнии или другого события, вызывающего электромагнитные воздействия, материал с высокой диэлектрической проницаемостью в покрытии металлической части предотвращает дуговой разряд между элементами вблизи уплотнения. Разряды молнии вызывают появление горячего газа/плазмы в отверстиях крепежного элемента. Локализованный контакт высокого давления, созданный полимерной частью и смежными элементами соединения, противодействует выходу горячего газа/плазмы через уплотнение. Кроме того, в то время как газ высокого давления пытается высвободиться из крепежного элемента и отверстия конструкции, газ контактирует с полимерной частью и зоной высокого давления, созданной сжатой полимерной частью, в результате чего возникают скачки давления, которые могут способствовать образованию трещин в композитной конструкции. Без внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой эти трещины могут появиться рядом с поверхностью и, достигая поверхности, выпускать газ, пока он еще раскаленный (горячий). Высокое давление контакта, созданное уплотнением, способствует предотвращению трещин рядом с поверхностью. Таким образом, трещины проходят в глубине конструкции с сокращением количества трещин, достигающих поверхности, и увеличением расстояния распространения газа в трещинах перед его выходом к поверхности, в результате чего обеспечена возможность остывания газа перед его выходом наружу.

[0024] На ФИГ. 1 показан приведенный в качестве примера вариант реализации внутренней уплотнительной шайбы 10 с двойной защитой. Радиально наружная металлическая часть 12, имеющая наружный диаметр (OD) 14 и внутренний диаметр (ID) 16, окружает радиально внутреннюю полимерную часть 18, имеющую наружный диаметр 20 и внутренний диаметр 22.

[0025] Расположенная со стороны гайки внутренняя уплотнительная шайба 10а с двойной защитой, показанная на ФИГ. 2, имеет симметричные конические поверхности 24, 26 на полимерной части 18а (как описано более подробно ниже); одна коническая поверхность предназначена для контактирования с поверхностью гайки, а вторая коническая поверхность предназначена для контактирования с поверхностью конструкции. Расположенная со стороны крепежного элемента внутренняя уплотнительная шайба 10b с двойной защитой показана на ФИГ. 3, на которой показана контактная поверхность, контактирующая с крепежным элементом, в то время как на ФИГ. 4 показана контактная поверхность, контактирующая с конструкцией. Полимерная часть 18b имеет скругленную контактную поверхность 28 (описана более подробно ниже) на контактирующей с крепежным элементом стороне и коническую поверхность 30 (описана более подробно ниже) на контактирующей с конструкцией стороне.

[0026] Подробности варианта реализации расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой показаны на ФИГ. 5 и 6. Симметричные конические поверхности 24, 26 полимерной части 18а внутренней уплотнительной шайбы 10а с двойной защитой содержат поверхности 32 первоначального контакта, расположенные вблизи внутреннего диаметра полимерной части и имеющие радиальную ширину 34. Толщина конических участков 38 полимерной части 18а уменьшается в радиальном направлении наружу от поверхностей 32 первоначального контакта на размер 40 сжатия для взаимодействия с металлической частью 12, имеющей толщину 36, за счет посадки с натягом в месте 42 сопряжения. В приведенных в качестве примера вариантах реализации наружный диаметр формованной полимерной части 18а больше, чем внутренний диаметр 16 металлической части 12, на величину от 0,0000 дюйма (0 мм) до 0,0050 дюйма (0,125 мм) для обеспечения необходимого удерживания.

[0027] В приведенных в качестве примера вариантах реализации для полимерной части 18а используется высокопрочный полимер, имеющий прочность на изгиб от 16 тысяч фунтов на квадратный дюйм (110,3 МПа) до 30 тысяч фунтов на квадратный дюйм (206,8 МПа) и прочность на сжатие от 18 тысяч фунтов на квадратный дюйм (124,1 МПа) до 40 тысяч фунтов на квадратный дюйм (275,8 МПа). Примеры подходящих полимеров включают полиамидимид (PAI), такой как Torlon®, имеющийся в продаже от компании Solvay Specialty Polymers, стеклонаполненный на 30% полиамидимид, стеклонаполненный на 30% полиэфирэфиркетон (PEEK), стеклонаполненный на 20% полиэфирэфиркетон (PEEK), стеклонаполненный на 10% полиэфирэфиркетон (PEEK), ненаполненный полиэфирэфиркетон, полифениленсульфид (PPS) или полиэфиримид (PEI). Для приведенных в качестве примера высокопрочных полимеров приведенный в качестве примера размер 40 сжатия составляет 0,010+0,005 - 0,000 дюйма (0,25+0,125 - 0,00 мм), и ширина 34 первоначального контакта составляет 0,015±0,005 дюйма (0,375±0,125 мм) в приведенных в качестве примера вариантах реализации. Отношение внутреннего диаметра 22 полимерной части к внутреннему диаметру 16 металлической части находится в диапазоне от 1,2 до 1,3 для изменяющегося размера шайбы. Толщина 36 задана для обеспечения по существу согласованного коэффициента объемного сжатия на основании размера 40 сжатия для установления заданного давления в соединении, как описано выше.

[0028] Подробности расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы 10b с двойной защитой показаны на ФИГ. 7 и 8. В отличие от шайбы, расположенной со стороны гайки, в расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбе 10b с двойной защитой используется полимерная часть 18b, имеющая первую коническую поверхность 30 для взаимодействия с поверхностью конструкции (описана более подробно ниже), содержащую поверхность 44 первоначального контакта, имеющую радиальную ширину 46. Толщина конического участка 48 полимерной части 18b уменьшается в радиальном направлении наружу от поверхностей 44 первоначального контакта на размер 50 сжатия для взаимодействия с металлической частью 12, имеющей толщину 52, за счет посадки с натягом в месте 54 сопряжения. В приведенных в качестве примера вариантах реализации наружный диаметр формованной полимерной части 18b больше, чем внутренний диаметр 16 металлической части 12, на величину от 0,0000 дюйма (0,00 мм) до 0,0050 дюйма (0,125 мм) для обеспечения необходимого удерживания. Скругленная поверхность 56 взаимодействия, имеющая радиус 58, расположена на полимерной части 18b для обеспечения возможности дополняющего взаимодействия с сопрягаемой поверхностью, такой как скругление на головке крепежного элемента (как описано более подробно ниже). В приведенных в качестве примера вариантах реализации радиус 58 меньше, чем радиус скругления на сопрягаемом крепежном элементе, на величину в диапазоне от 0,0001 дюйма (0,00254 мм) до 0,0300 дюйма (0,762 мм) (как описано более подробно ниже). Радиус 58, уменьшенный по сравнению с радиусом участка от тела болта до скругления 78 головки (как описано ниже со ссылкой на ФИГ. 9), создает посадку и сжатие между двумя сопрягаемыми поверхностями.

[0029] В приведенных в качестве примера вариантах реализации для полимерной части 18b используются такие же высокопрочные полимеры, как описанные выше в отношении шайбы, расположенной со стороны гайки, с приведенными в качестве примера размером 50 сжатия, составляющим 0,010+0,005 - 0,000 дюйма (0,25+0,125 - 0,00 мм), и шириной 46 первоначального контакта, составляющей 0,015±0,005 дюйма (0,375±0,125 мм). Отношение внутреннего диаметра 22 полимерной части к внутреннему диаметру 16 металлической части находится в диапазоне от 1,2 до 1,3 для изменяющегося размера шайбы. Толщина 52 задана для обеспечения по существу согласованного коэффициента объемного сжатия на основании размера 50 сжатия при реакции скругленной наружной поверхности 56 на скругление крепежного элемента для установления заданного давления в соединении, как описано выше.

[0030] Несмотря на то, что конические участки 38 и 48 в приведенных в качестве примера вариантах реализации показаны как линейные, согласно альтернативным вариантам реализации они могут быть изогнутыми или дугообразными.

[0031] Как для расположенной со стороны гайки, так и для расположенной со стороны крепежного элемента внутренних уплотнительных шайб 10а и 10b с двойной защитой диэлектрическое покрытие (представленное на чертежах как элемент 59) нанесено на все поверхности металлических частей 12 шайб. Диэлектрическое покрытие имеет напряжение пробоя более чем 100 вольт на одну тысячную дюйма (3,9 кВ/мм). В приведенных в качестве примера вариантах реализации используется диэлектрик, такой как краска на основе фенола или краска на основе эпоксидной смолы толщиной в диапазоне от 0,0002 дюйма (0,005 мм) до 0,0010 дюйма (0,025 мм) или краска на основе эпоксидной смолы, нанесенная в два слоя с полученной толщиной в диапазоне от 0,0005 дюйма (0,012 мм) до 0,0020 дюйма (0,05 мм). Типичное и предпочтительное отверждаемое органическое диэлектрическое покрытие содержит фенольную смолу, смешанную с одним или более пластификаторов, другими органическими компонентами, такими как политетрафторэтилен, и неорганическими добавками, такими как алюминиевый порошок. Эти компоненты покрытия предпочтительно растворены в подходящем растворителе, присутствующем в количестве, требующемся для достижения необходимой рабочей консистенции. В соответствии с некоторыми вариантами реализации материал покрытия растворен в растворителе, который является смесью этанола, толуола и метилэтилкетона. Типичный распыляемый раствор для покрытия содержит примерно 30 масс. % этанола, примерно 7 масс. % толуола и примерно 45 масс. % метилэтилкетона в качестве растворителя; а также примерно 2 масс. % хромата стронция, примерно 2 масс. % алюминиевого порошка с остатком, являющимся фенольной смолой и пластификатором в качестве материала покрытия. В качестве варианта может быть добавлено небольшое количество политетрафторэтилена. Одним из подходящих покрытий является покрытие HI-КОТЕ™ 1, имеющееся в продаже от компании LISI Aerospace. Материал покрытия HI-КОТЕ™ 1 обычно отверждается при повышенной температуре 350-450°F (177-232°С) в течение от 1 часа до 4 часов. Более тяжелые элементы присутствуют в приведенном в качестве примера варианте реализации в следующих количествах по массе: Al 82,4%; Cr 2,9%; Fe 0,1%; Zn 0,7% и Sr 13,9%.

[0032] На ФИГ. 9 показана завершенная система 60 крепления, образующая соединение в конструкции 62 (показанное на чертежах как выполненный за единое целое элемент, но могут быть использованы множество слоев или соединенных конструкционных элементов) с отверстием 64. Крепежный элемент 66, имеющий головку 68, прикрепленную к стержню 70 с резьбовым концом 72, проходит через расположенную со стороны крепежного элемента уплотнительную шайбу 10b с двойной защитой, взаимодействующую с первой поверхностью 74 конструкции 62, и расположенную со стороны гайки уплотнительную шайбу 10а с двойной защитой, взаимодействующую с второй поверхностью 76. Скругленная наружная поверхность 56 расположенной со стороны крепежного элемента уплотнительной шайбы 10b с двойной защитой имеет дополняющий радиус для взаимодействия со скруглением 78 в месте сопряжения головки 68 крепежного элемента и стержня 70. Гайка 80 взаимодействует с резьбовым концом 72 и взаимодействует поверхностью 82 с расположенной со стороны гайки уплотнительной шайбой 10а с двойной защитой. Как описано выше, при затяжке системы 60 крепления скругление 78 в крепежном элементе 66 взаимодействует со скругленной наружной поверхностью 56 на расположенной со стороны крепежного элемента уплотнительной шайбе 10b с двойной защитой, и поверхность 44 первоначального контакта взаимодействует с поверхностью 74 конструкции, в то время как поверхности 32 первоначального контакта на симметричных конических поверхностях 24, 26 расположенной со стороны гайки уплотнительной шайбы 10а с двойной защитой взаимодействуют с поверхностью 76 конструкции и поверхностью 82 гайки соответственно. Сжатие полимерных частей вызывает заданное повышенное давление в соединении, созданном системой 60 крепления. Диэлектрическое покрытие 59, описанное выше, создает барьер между металлическими поверхностями системы 60 крепления и поверхностями 74, 76 конструкции и, таким образом, предотвращает любой дуговой разряд на краю гайки, шайбы или головки крепежного элемента и конструкции.

[0033] Скругленная наружная поверхность 56 на полимерной части 18b расположенной со стороны крепежного элемента уплотнительной шайбы 10b с двойной защитой избавляет от необходимости зенкования отверстия 64 для приспособления к скруглению крепежного элемента 66.

[0034] Геометрическая конфигурация уплотнительных шайб 10а, 10b с двойной защитой дополнительно обеспечивает возможность согласования углового смещения отверстия 64 в системе 60 крепления. Как показано на ФИГ. 10 и 11, допуски на перпендикулярность отверстий в соединении могут создавать угловое смещение отверстия 84 с углом 86 относительно конструкции 62, сквозь которую проходит отверстие. Это угловое смещение создает дополняющий угол 88 смещения в системе 60 крепления благодаря выравниванию стержня 70 крепежного элемента в отверстии 84. В то время как типичный допустимый угловой допуск отверстия составляет примерно 2°, приведенные в качестве примера варианты реализации расположенных со стороны крепежного элемента и расположенных со стороны гайки внутренних уплотнительных шайб 10а, 10b с двойной защитой допускают угловое смещение до 7° и в то же время поддерживают необходимое сжатие для эффективности уплотнения на основании задания размеров конического участка 38 и 48 в полимерных уплотнительных частях 18а, 18b.

[0035] Варианты реализации, описанные для внутренних уплотнительных шайб с двойной защитой, обеспечивают способ усовершенствованной защиты от электромагнитных воздействий, как показано на ФИГ. 12. На этапе 1202 крепежный элемент 66 вставляют через расположенную со стороны крепежного элемента внутреннюю уплотнительную шайбу 10b с двойной защитой, имеющую радиально наружную металлическую часть 12 и радиально внутреннюю полимерную часть 18b по меньшей мере с одной поверхностью 30 сжатия и поверхностью 28 взаимодействия для взаимодействия с крепежным элементом. На этапе 1204 стержень 70 крепежного элемента вставляют в отверстие 64 в конструкции 62, при этом внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой взаимодействует поверхностью 30 сжатия с первой поверхностью 74 конструкции вблизи отверстия. На этапе 1206 расположенную со стороны гайки внутреннюю уплотнительную шайбу с двойной защитой, имеющую радиально наружную металлическую часть 12 и радиально внутреннюю полимерную часть 18а с первой поверхностью 24 сжатия и второй поверхностью 26 сжатия, размещают поверх резьбового конца 72 крепежного элемента 66, при этом первая поверхность 24 сжатия взаимодействует с второй поверхностью 76 конструкции вблизи отверстия 64. На этапе 1208 гайку 80 размещают на резьбовом конце 72 крепежного элемента, в результате чего она взаимодействует со второй поверхностью 26 сжатия. Гайку и крепежный элемент затягивают для сжатия на этапе 1210 по меньшей мере одной из поверхностей сжатия расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой и сжатия на этапе 1212 первой и второй поверхностей сжатия расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой, при этом на этапе 1214 сжатие одной или обеих поверхностей 30 сжатия принуждает полимерную часть 18b прикладывать силу в направлении внутрь к стержню крепежного элемента, в направлении наружу к внутреннему диаметру металлической части, в боковом направлении к сопрягаемому скруглению 78 поверхности на головке 68 крепежного элемента и первой поверхности 74 конструкции до момента времени, когда не останется доступного пространства для растекания полимера, и дальнейшее сжатие создает заданное повышенное давление в соединении, а сжатие первой и второй поверхностей 24, 26 сжатия принуждает полимерную часть 18а прикладывать силу в направлении внутрь к стержню 70 крепежного элемента 66, в направлении наружу к внутреннему диаметру металлической части, в боковом направлении к поверхности 82 гайки 80 и второй поверхности 76 конструкции 62 до момента времени, когда не останется доступного пространства для растекания полимера, и дальнейшее сжатие создает заданное повышенное давление в соединении.

[0036] После ознакомления с подробно описанными выше различными вариантами реализации настоящего изобретения в соответствии с патентным законодательством специалисты в данной области техники смогут сделать изменения и замещения в конкретных вариантах реализации, описанных в настоящей заявке. Такие изменения находятся в пределах объема охраны и принципа настоящего изобретения, как определено в следующей ниже формуле.

Во внутренней уплотнительной шайбе с двойной защитой используется радиально наружная металлическая часть (12), имеющая диэлектрическое покрытие, и радиально внутренняя полимерная часть (18), взаимодействующая с металлической частью в месте сопряжения за счет посадки с натягом. Полимерная часть имеет по меньшей мере одну коническую поверхность (24, 30) сжатия для взаимодействия с поверхностью конструкции вблизи отверстия и также имеет поверхность (26, 56) контакта с крепежным элементом для взаимодействия с сопрягаемой поверхностью на элементе системы крепления. Затяжка крепежного элемента приводит к сжатию по меньшей мере одной поверхности сжатия, что вызывает заданное давление в полимерной части в соединении, созданном крепежным элементом и конструкцией. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой, содержащая:

радиально наружную металлическую часть (12), имеющую диэлектрическое покрытие (59);

радиально внутреннюю полимерную часть (18), взаимодействующую с металлической частью в месте (42) сопряжения за счет посадки с натягом,

причем полимерная часть имеет по меньшей мере одну коническую поверхность (24, 30) сжатия для взаимодействия с поверхностью конструкции (62) вблизи отверстия (64) и поверхность (26, 56) контакта с крепежным элементом для взаимодействия с сопрягаемой поверхностью на элементе (82, 78) системы крепления,

при этом затяжка элемента системы крепления приводит к сжатию по меньшей мере одной конической поверхности сжатия, что вызывает заданное давление в радиально внутренней полимерной части в соединении, созданном элементом системы крепления и конструкцией.

2. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 1, в которой по меньшей мере одна коническая поверхность сжатия содержит поверхность (32, 44) первоначального контакта вблизи внутреннего диаметра (ID) радиально внутренней полимерной части.

3. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 2, в которой по меньшей мере одна коническая поверхность сжатия дополнительно содержит конический участок (38, 48), проходящий от поверхности первоначального контакта до наружного диаметра (OD) радиально внутренней полимерной части.

4. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 1, в которой элементом системы крепления является гайка (80), а поверхность контакта с крепежным элементом содержит вторую коническую поверхность сжатия.

5. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 1, в которой элементом системы крепления является крепежный элемент (66), а поверхность контакта с крепежным элементом содержит поверхность (56) взаимодействия, выполненную с возможностью дополняющего взаимодействия с сопрягаемой поверхностью (78) на крепежном элементе.

6. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 5, в которой сопрягаемой поверхностью является скругление, а поверхность взаимодействия содержит скругленную наружную поверхность, имеющую дополняющий радиус, для взаимодействия со скруглением.

7. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 1, в которой радиально внутренняя полимерная часть содержит высокопрочный полимер, имеющий прочность на изгиб от 16 тысяч фунтов на квадратный дюйм (110,3 МПа) до 30 тысяч фунтов на квадратный дюйм (206,8 МПа) и прочность на сжатие от 18 тысяч фунтов на квадратный дюйм (124,1 МПа) до 40 тысяч фунтов на квадратный дюйм (275,8 МПа).

8. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 7, в которой высокопрочный полимер выбран из полиамидимида (PAI), стеклонаполненного на 30% полиамидимида, стеклонаполненного на 30% полиэфирэфиркетона (PEEK), стеклонаполненного на 20% полиэфирэфиркетона (PEEK), стеклонаполненного на 10% полиэфирэфиркетона (PEEK), ненаполненного полиэфирэфиркетона, полифениленсульфида (PPS) или полиэфиримида (PEI).

9. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 7, в которой по меньшей мере одна коническая поверхность сжатия имеет размер сжатия 0,010+0,005 - 0,000 дюйма (0,25+0,125 - 0,00 мм).

10. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 7, в которой при объемном сжатии радиально внутренней полимерной части в диапазоне от 30% до 75% обеспечивается достижение заданного давления.

11. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 1, в которой диэлектрическое покрытие имеет напряжение пробоя более чем 100 вольт на одну тысячную дюйма (3,9 кВ/мм).

12. Внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой по п. 11, в которой диэлектрическое покрытие является краской на основе фенола или краской на основе эпоксидной смолы.

13. Система крепления, содержащая:

- крепежный элемент, имеющий головку, стержень и резьбовой конец, причем стержень и резьбовой конец выполнены с возможностью их размещения в отверстии в конструкции;

- гайку, размещенную на резьбовом конце;

- первую внутреннюю уплотнительную шайбу с двойной защитой, размещенную на стержне между головкой и первой поверхностью конструкции и имеющую:

радиально наружную металлическую часть с диэлектрическим покрытием;

радиально внутреннюю полимерную часть, взаимодействующую с радиально наружной металлической частью в месте сопряжения за счет посадки с натягом, причем радиально внутренняя полимерная часть имеет коническую поверхность сжатия для взаимодействия с первой поверхностью вблизи отверстия и поверхность контакта с крепежным элементом для взаимодействия с сопрягаемой поверхностью на головке крепежного элемента;

- вторую внутреннюю уплотнительную шайбу с двойной защитой, размещенную на стержне между второй поверхностью конструкции и гайкой и имеющую:

радиально наружную металлическую часть с диэлектрическим покрытием;

радиально внутреннюю полимерную часть, взаимодействующую с металлической частью в месте сопряжения за счет посадки с натягом, причем полимерная часть имеет первую коническую поверхность сжатия для взаимодействия с поверхностью конструкции вблизи отверстия и вторую коническую поверхность сжатия для взаимодействия с поверхностью гайки;

причем затяжка крепежного элемента и гайки приводит к сжатию конической поверхности сжатия первой внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой и первой и второй конических поверхностей сжатия второй внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой, что вызывает заданное давление в радиально внутренней полимерной части первой внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой и радиально внутренней полимерной части второй внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой в соединении, созданном крепежным элементом, гайкой и конструкцией.

14. Система крепления по п. 13, в которой каждая из конической поверхности сжатия, первой конической поверхности сжатия и второй конической поверхности сжатия содержит поверхности первоначального контакта вблизи внутреннего диаметра (ID) полимерной части.

15. Система крепления по п. 14, в которой каждая из конической поверхности сжатия, первой конической поверхности сжатия и второй конической поверхности сжатия дополнительно содержит конический участок, проходящий от поверхности первоначального контакта до наружного диаметра (OD) полимерной части.

16. Система крепления по п. 13, в которой полимерная часть содержит высокопрочный полимер, имеющий прочность на изгиб от 16 тысяч фунтов на квадратный дюйм (110,3 МПа) до 30 тысяч фунтов на квадратный дюйм (206,8 МПа) и прочность на сжатие от 18 тысяч фунтов на квадратный дюйм (124,1 МПа) до 40 тысяч фунтов на квадратный дюйм (275,8 МПа).

17. Система крепления по п. 16, в которой коническая поверхность сжатия имеет размер сжатия 0,010+0,005 - 0,000 дюйма (0,25+0,125 - 0,00 мм).

18. Способ усовершенствованной защиты от электромагнитных воздействий в соединении, включающий:

вставку крепежного элемента через расположенную со стороны крепежного элемента внутреннюю уплотнительную шайбу с двойной защитой, имеющую радиально наружную металлическую часть и радиально внутреннюю полимерную часть по меньшей мере с одной поверхностью сжатия и поверхностью взаимодействия для взаимодействия с крепежным элементом;

вставку стержня крепежного элемента в отверстие в конструкции, причем внутренняя уплотнительная шайба с двойной защитой взаимодействует поверхностью сжатия с первой поверхностью конструкции рядом с отверстием;

размещение расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой, имеющей радиально наружную металлическую часть и радиально внутреннюю полимерную часть с первой поверхностью сжатия и второй поверхностью сжатия, поверх резьбового конца крепежного элемента с первой поверхностью сжатия, взаимодействующей со второй поверхностью конструкции рядом с отверстием;

размещение гайки на резьбовом конце крепежного элемента, взаимодействующей со второй поверхностью сжатия;

затяжку гайки и крепежного элемента для сжатия по меньшей мере одной поверхности сжатия расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой и первой и второй поверхностей сжатия расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой для создания заданного повышенного давления в соединении.

19. Способ по п. 18, согласно которому этап затяжки также включает:

сжатие по меньшей мере одной поверхности сжатия, принуждающее полимерную часть расположенной со стороны крепежного элемента внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой прикладывать силу в направлении внутрь к стержню крепежного элемента, в направлении наружу к внутреннему диаметру металлической части, в боковом направлении к сопрягаемому скруглению поверхности на крепежном элементе и первой поверхности конструкции до момента времени, когда не останется доступного пространства для растекания полимера, и дальнейшее сжатие создает заданное повышенное давление в соединении.

20. Способ по п. 18, согласно которому этап затяжки также включает:

сжатие первой и второй поверхностей сжатия, принуждающее полимерную часть расположенной со стороны гайки внутренней уплотнительной шайбы с двойной защитой прикладывать силу в направлении внутрь к стержню крепежного элемента, в направлении наружу к внутреннему диаметру металлической части, в боковом направлении к гайке и второй поверхности конструкции до момента времени, когда не останется доступного пространства для растекания полимера, и дальнейшее сжатие создает заданное повышенное давление в соединении.