C形通道的无工具弹簧附件及其使用方法
相关申请的交叉参考
本专利申请根据35U.S.C第119条(e)款主张2016年2月11日提交的且题为“挤压件和C形通道凹槽的附接机构(Attachment Mechanisms For Extrusions And C-Channel Grooves)”的第62/294,119号的美国临时申请的优先权的权益，其以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明一般涉及附接系统和方法，且更具体而言，涉及在没有任何工具的情况下将材料附接到c形通道凹槽上且从其中拆下材料的弹簧状系统和方法。
发明背景
太阳能面板是发电的绿色替代品。大规模发电可以包括位于室外环境中用于将太阳能转换成电能的太阳能面板阵列。然而，位于室外环境中的太阳能面板暴露于沙子、灰尘、泥土和其它碎屑中，这些可能聚集在太阳能面板的表面上，并降低面板吸收光并将其转换成电的能力。当面板位于诸如沙漠的干旱环境中时，这个问题会变得更加严重(在干旱环境中会接收到高程度的太阳辐射且少有阴天)，因为这些环境往往具有高程度的灰尘和风，导致面板表面的高沉积速率。
机器人或其它清洁载具可以用来帮助清洁太阳能面板。例如，沙特阿美公司开发了一种自动降尘机器人。某些机器人或清洁载具使用带有c形通道的刷子，该通道将刷片固定在适当位置。例如，清洁刷可以包括清洁部件的任意组合，诸如细丝、刷毛、织物状材料的翼片等，每个清洁部件在通道凹槽处附接到挤压件。随着时间的推移和长时间使用后，必须更换刷片。由于c形通道的形状，现有的更换刷片的方法需要接近刷芯铝延伸部或c形通道的端部，以便刷片能够滑动到位。拆卸刷子需要工具，以便可更换刷片，这增加了机器人或清洁载具的操作和维护成本。这是NOMADD沙漠太阳能解决方案所使用的方法，并在美国专利号8,500,918中有所描述。通常，c形通道凹槽的端部具有需要移除的帽或毂。如果要更换的刷子在系列中间中，则在可添加更换件之前，需要移除所有的系列元件。即使在刷子插入c形通道中之后，除非被充分固定,它们仍可沿着通道滑动。
在包括汽车行业的各种其它行业中,材料被连接到c形通道。例如,洗车使用c形通道刷子(例如Favagrossa或Sonny洗车厂)。刷子使用一种带有c形通道的挤压材料(通常是铝)形状，以及一种装配在通道中并支撑刷子细丝或织物状材料的元件。类似于上文讨论的机器人和清洁载具，需要接近c形通道凹槽的端部来更换这些刷子的连接材料。因此，需要一种更换c形通道中材料的无工具解决方案。
铝挤压制造商(如Minsumi、Minitec和Rexroth Bosch)销售的装配后螺母或T形螺母可用于将材料安装到铝挤压件上，而无需接近c形通道凹槽的端部。即使不需要接近c形通道的端部，仍然需要工具(例如螺丝刀、螺钉)。这些螺母也不是设计用来固定诸如某些类型的刷子中使用的织物状材料的。
本发明通过允许在沿着c形通道的任何点处附接或拆下材料来解决与将材料附接到c形通道和从其中拆下材料相关联的限制。因为材料不需要通过通道的末端滑入c形通道中，所以不需要工具，并且更换时间最小化。放置灵活性还允许系列中间的元件容易被更换。对于大规模市场，这可能会节省大量成本。
本发明解决了与将材料附接到c形通道凹槽上和从其中拆下材料相关联的这些和其它限制。
发明内容
根据本发明的广泛方面，提供了一种用于线圈状元件和方法的创新设计，其允许将材料附接到c形通道凹槽上并从其中拆下材料，而不需要任何工具并且不需要接近凹槽的端部(即，附接和拆下可以从沿着凹槽的任何地方进行)。线圈状元件既可以与凹槽并排使用，也可以正交使用。扭转、挤压或拉动运动可用于将线圈状元件从c形通道凹槽插入或移除。
根据本发明的广泛方面，提供了一种用于将材料附接到具有第一尺寸的孔的c形通道凹槽类型并从其中拆下材料的柔性附件。所述附件包括具有大于第一尺寸的第二尺寸的线圈状元件和连接到线圈状元件的材料。响应于将力施加到线圈状元件，线圈状元件处于偏置状态，使得其可在沿着c形通道凹槽的点处被引导通过所述c形通道凹槽的所述孔并且可定位，使得偏置的线圈状元件的至少一部分处于c形通道凹槽中。线圈状元件在通道内朝着第二尺寸恢复，以将其自身固定在c形通道凹槽内。
在其它方面，线圈状元件包括响应于所施加的力可弹性压缩的材料。
根据本发明的另一方面，连接到线圈状元件的材料包括可在柔性附件附接到c形通道凹槽以限定清洁刷时支撑的织物状材料片。在一种布置中，线圈状元件和材料以缝线式(threaded)连接方式连接。在一种布置中，线圈状元件包括涂层。在一种布置中，材料是一次性的，至少部分是一次性的。进一步的布置在单个实现方式中组合一次性织物状材料片、缝线式连接和涂层，而其它实现方式可以组合少于所有这些特征。
根据本发明的另一方面，提供了加强件以防止线圈状元件的剥离。在一个实施方案中，被线圈状元件刺穿的硅酮泡沫材料的内壁被熔化以加强其抗剥离性。这样，可以提供将线圈状元件与柔性元件组合成适于沿c形通道凹槽的任意位置安装和拆卸的统一结构的加强附件。
根据本发明的另一方面，线圈状元件的部分延伸出凹槽，以用作在移除期间施加或以其它方式施加拉力的抓持件。在另一实施方案中，线圈状元件、连接到其上的任何材料或两者在移除时是一次性的。
根据本发明的又一方面，一个实施方案包括一种将柔性附件安装在具有第一尺寸的孔的c形通道凹槽类型内的方法。所述方法包括提供具有大于第一尺寸的第二尺寸的弹性线圈状元件，其中当处于自然无偏置状态时，线圈状元件处于第二尺寸；将材料连接到线圈状元件；对线圈状元件施加力，使其处于小于或等于孔的第一尺寸的偏置状态；在沿着c形通道凹槽的一点处引导偏置的线圈状元件穿过c形通道凹槽的孔；定位所述偏置的线圈状元件，使得所述偏置的线圈状元件的至少一部分在所述c形通道凹槽中；并将偏置的线圈状元件恢复到其第二尺寸。
根据本发明的又一方面，另一实施方案包括一种将柔性附件安装在具有第一尺寸的孔的c形通道凹槽类型内的方法，所述方法包括提供具有大于第三尺寸的第二尺寸的弹性线圈状元件，其中当处于自然、无偏置状态时，线圈状元件处于第二尺寸；将材料连接到线圈状元件；对线圈状元件施加力，使得其处于小于或等于孔的第一尺寸的偏置状态；在沿着c形通道凹槽的一点处引导偏置的线圈状元件穿过c形通道凹槽的孔；定位所述偏置的线圈状元件，使得所述偏置的线圈状元件的至少一部分在所述c形通道凹槽中；以及将偏置的线圈状元件朝向第二尺寸恢复，直到其摩擦地抵靠所述c形通道的内部凹槽。
前述方法的其它方面可以包括在一个或多个实施方案中。因此，所述方法可以包括在连接步骤之前涂覆线圈状元件的进一步步骤。或者或是另外，所述方法可以包括在连接步骤之前或之后加强材料以防止从线圈状元件上剥离的进一步步骤。或者或是另外，所述方法可以包括诸如在线圈状元件和材料接触的界面处密封线圈状元件和材料的至少一部分的进一步步骤。或者或是另外，所述方法可以包括将线圈状元件的一部分延伸出孔的进一步步骤。或者或是另外，所述方法可以包括通过拉动延伸出孔的线圈状元件的部分而从c形通道凹槽移除柔性附件的进一步步骤。或者或是另外，连接步骤可以通过缝线式穿过材料将线圈状元件连接到材料。在又一些实施方案中，或者或是另外，所述方法可以操作使得所施加的力弹性地压缩线圈状元件。
参考本发明的附图和某些实施方案的详细描述可以更全面地理解这些和其它方面、特征和步骤。
附图说明
图1是根据本发明的至少一个实施方案的缝线式穿过材料的线圈状元件的透视图。
图2A是在插入c形通道的凹槽中之前根据一种布置的线圈状元件的侧视图。
图2B是在插入c形通道的凹槽中之前根据另一布置的线圈状元件的侧视图。
图3A是在插入c形通道的凹槽之前图2A的偏置线圈状元件的侧视图。
图3B是在插入c形通道的凹槽之前图2B的偏置线圈状元件的侧视图。
图4A是在插入c形通道的凹槽之后图2A的线圈状元件的侧视图。
图4B是在插入c形通道的凹槽之后图2B的线圈状元件的侧视图。
图5A是在插入c形通道的凹槽之后图2A的线圈状元件的正视图。
图5B是在插入c形通道的凹槽之后图2B的线圈状元件的正视图。
图6是根据本发明的至少一个实施方案从c形通道的凹槽移除的线圈状元件的正视图。
具体实施方式
根据一个或多个实施方案，线圈状元件允许将材料附接到c形通道凹槽上并从其中拆下材料，而不需要任何工具且不需要接近凹槽的端部。可以在沿着凹槽的任何点处进行附接和拆下。
在一个实施方案中，线圈状元件100连接到要附接到c形通道或要从其中拆下的材料104。线圈状元件可以由多种材料制成，这些材料足够耐用并且响应于所施加的力可弹性压缩。在某些实施方案中，线圈状元件是钢弹簧或塑料弹簧。在其它实施方案中，线圈状元件具有涂层或者由更软/柔性材料制成，以避免在每个线圈元件处沿着线圈节距具有尖锐边缘。
在特定实施方案中，如图1所示，至少一个相对薄的材料片104连接到线圈状元件100。在某些实施方案中，材料104由泡沫或织物状材料的细丝、刷毛或翼片组成。某些材料诸如泡沫或织物状材料的翼片可以在没有任何连接转接器或粘合剂的情况下使用，因为线圈状元件100可以直接缝线式穿过材料104。一种类型的连接器或转接器可以是材料的附加层或延伸部,其缝合或以其它方式附接到要连接的材料104。然后线圈状元件被连接到附加层或延伸部。在一个实施方案中，线圈状元件仅连接到附加层或延伸部。这种构造可用于无法轻易地直接连接到线圈状元件的刷毛或细丝串或个别刷毛或细丝。在另一实施方案中，线圈状元件同时连接到附加层或延伸部以及材料104本身。在一个实施方案中，会在材料104中穿孔103，使得线圈状元件100可以缝线式穿过材料104。在另一实施方案中，线圈状元件100具有穿刺尖端，该穿刺尖端的压缩强度被选择为足以穿刺薄材料而不会使其线圈状状(包括线圈状元件中刚好靠近穿刺尖端的部分)永久变形。线圈状元件100可以通过馈送端部102穿过材料104中的孔103而缝线式穿过材料。在另一实施方案中，使用粘合剂将材料104附接到线圈状元件100，使得应力被分布在更大的区域上，而不仅仅是分布在线圈状元件100和材料104的接触点处。如下文更详细讨论，密封剂可进一步用于在更大区域上分布应力并加强线圈状元件100和材料104的连接。可以使用将线圈状元件连接到材料的其它方法。
在其它实施方案中，线圈状元件用于安装传感器或沿着使用铝挤压件构建的设备的凹槽(诸如c形通道)或在其内布线电缆。
在本发明的另一方面，如图2A和图2B所示，线圈状元件100、110具有自然的、无偏置的形状。c形通道凹槽215的内部由壁210、211和212形成。它还具有从壁210至211的内部尺寸，以及尺寸小于从壁210至211的内部尺寸的孔。在一些实施方案中，如图2A所示，线圈状元件100具有与c形通道200的孔201相同大小或更宽的但是小于c形通道凹槽内部(从壁210到211)的宽度的尺寸。这使得线圈状元件100能够被引导通过孔201并停留在c形通道凹槽215内而不从孔中掉出。当线圈状元件100与c形通道200的长度相同或接近时，可以使用这样的配置，使得线圈状元件100不会滑出适当的位置。如果线圈状元件仅覆盖c形通道凹槽的一部分，那么固定线圈状元件以使其不沿着凹槽滑动是重要的。线圈状元件100和材料104的一些使用可以在线圈状元件100和凹槽215之间产生牢固的连接。例如，c形通道的自旋旋转可以产生将线圈状元件100和材料104保持在适当位置的离心力。在其它实施方案中，如图2B所示，线圈状元件110的尺寸比孔201和c形通道凹槽的内部(从壁210到211)都宽。这使得线圈状元件能够摩擦地抵靠在凹槽215的内壁210、211、212，这将抑制或阻碍线圈状元件从通道释放并在其中滑动。正交地插入线圈状元件也可以阻止或防止滑动。
本发明的一个显著方面在于本发明能够在不需要工具且不需要接近c形通道的端部的情况下附接到c形通道凹槽并从其中拆下。因此，无论材料104可是什么，或者传感器或电缆等等，都不需要从c形通道的端部滑入凹槽中。在仅可接近c形通道的一部分的系统中，具有从沿着凹槽长度的任何地方附接或拆下材料的能力是尤其有利的。沿着凹槽的长度而不是在端部处插入材料还消除了对用于拆卸和重新组装系统的工具的需要。线圈状元件可以跨越c形通道凹槽的整个长度或其一部分，使得材料104仅在某些位置被支撑。
在使用时，线圈状元件连接到所需材料104，这可以通过缝线或粘合等其它方式实现。如上所述，处于未偏置状态的线圈状元件的尺寸大于c形通道凹槽的孔201的尺寸。在一些实施方案中，在连接之前将涂层涂覆到线圈状元件上，以避免其具有尖锐或粗糙的边缘。在其它实施方案中，如下文更详细讨论，可以在材料104连接到线圈状元件之前或之后向材料104添加加强件以防止剥离。然后，通过扭转(并由此前进到通道中)或挤压线圈状元件成偏置状态，将线圈状元件附接或安装到c形通道凹槽。另一个力的施加可以用于使线圈状元件进入偏置状态，诸如手动施加的力。如图3A和图3B所示，偏置状态是由线圈状元件沿其长度的弹性压缩而不是通过首尾压缩而产生的。必须施加足够的力以将线圈状元件偏置到小于或等于孔201的尺寸的尺寸。图3A示出了偏置的线圈状元件100’，其被偏置到可被引导通过凹槽215的孔201的点。如图4A所示，偏置的线圈状元件100’然后被定位成使得它的至少一部分在c形通道凹槽215中。然后，偏置的线圈状元件100’可以恢复到其初始尺寸，该初始尺寸小于c形通道凹槽215内部的尺寸，但大于孔201的尺寸。
在另一实施方案中，如图3B所示，偏置的线圈状元件110’必须被偏置到它可以被引导通过凹槽215的孔201的点。也就是说，它必须被偏置到小于或等于孔201的尺寸的尺寸。如图4B所示，偏置的线圈状元件110’然后被定位成使得它的至少一部分在c形通道凹槽215中。偏置的线圈状元件110’然后可以被恢复，以使其接近其原始尺寸，该原始尺寸大于c形通道凹槽的孔和内部。偏置的线圈状元件110’将膨胀，直到它摩擦地抵靠c形通道凹槽的内壁210、211、212中的至少一个。根据c形通道凹槽215和线圈状元件110的大小，线圈状元件110可以膨胀到其原始尺寸或更小的某个尺寸。
在其它实施方案中，至少线圈状元件和连接到线圈状元件的材料104的顶部被密封在一起。例如，密封剂可以沿着材料104的边缘或翼片延伸。在另一实施方案中，如果附加层附接到材料104，则密封剂可以沿着该层的边缘或翼片延伸。密封剂的类型可以包括硅酮、丙烯酸树脂、粘合剂、环氧树脂、蜡、聚氨酯或橡胶。密封方法可包括浸渍、涂抹或喷涂，并且无论是沿着材料104的边缘或翼片连续密封还是以其它方式密封，每种方法均可导致将线圈状元件和材料的至少一部分密封在一起。密封剂用作附加的加强层，并有助于根据情况沿着材料104或附加层的长度分布任何应力，而不仅仅是分布在线圈状元件和材料之间的接触点处。这可以进一步防止或减少材料在与线圈状元件接触的点处的剥离。
在一些实施方案中，当使用如图5A或图5B所示的线圈状元件将材料104附接到c形通道凹槽200时，限定了清洁刷。线圈状元件可以并排或正交地附接到c形通道凹槽。
线圈状元件可以以类似于其插入的方式被移除(其中线圈状元件被偏置)，使得其可以被引导出c形通道凹槽的孔201。
图4A、图4B、图5A和图5B示出了本发明的另一方面，其中线圈状元件的端部部分101、111延伸到孔201的外部。端部部分101、111突出到c形通道凹槽之外，使得其易于接近并起到类似于拉舌或拉点的作用。在使用时，这可以通过在插入前将端部部分101、111定位成一定角度或者在插入后将端部部分101、111弯曲以使其从c形通道凹槽中延伸出来实现。图6展示了可以将端部部分101拉出c形通道凹槽，从而移除线圈状元件100和附接到其的材料104。
在其它实施方案中，材料104可以在线圈状元件穿过材料104的点或其它薄弱点处被加强以防止剥离。当使用聚合物材料诸如闭孔硅酮泡沫片时，孔103的内壁可以熔化以防止剥离。替代性加强件可以包括沿着材料104和线圈状元件100的结合部的胶缝(未示出)。
在连接到线圈状元件之后材料的熔化可以具有其它优点。当材料缝有线圈状元件时，会发生微撕裂。材料的熔化可有助于修补这些撕裂并防止材料被线圈状元件进一步撕裂或剥离。
本发明的另一方面是使用将材料固定到线圈状元件上的装置，以防止围绕线圈状元件滑动或旋转。实现这一点的一种方式是将材料熔化到线圈状元件上。实现这一点的另一种方式是通过在材料和线圈状元件之间的接触点处将材料粘合到线圈状元件上。根据所使用的材料，可以在一些接触点上涂覆胶水以实现牢固的连接。例如，胶点可以涂覆在线圈状元件的一端或两端，它在端部处与材料接触或仅在端部处弹簧进入材料。本文所述的这些和所有固定方法可以在线圈状元件连接到材料之前、期间或之后应用，无论是通过缝线还是其它方式。
在本发明的另一方面，线圈状元件用于促进使用新的翼片更换刷子上的磨损翼片。在这种情况下，线圈状元件和/或材料可以是一次性的，使得它们在移除过程中是否损坏无关紧要。当元件被移除时，材料也可以被移除。
虽然已经结合本发明的特定实施方案描述了本发明，但是本发明不限于所描述的实施方案，而是由下面的权利要求书及其等效物中的叙述更广泛地限定。
