CN1118644C - 有整体成形连接配件的复合材料弹性模件 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种复合材料弹性模件(16)及其制造方法，该弹性模件具有一个纤维增强复合材料弹性体(32)和与弹性体(32)整体成形的连接配件(34、36)。该连接配件(34、36)由柔性材料模制而成，弹性体(32)的形状根据弯曲变形而动态变化。整体成形的连接配件(34、36)和弹性体(32)成为统一的易于与任何所需要的弹性支承结构连接的单块模件。复合材料弹性模件(16)通过与高和低断面支架(12)以及基础栅格(14)连接而形成一个垫子基底(10)。本发明还描述了带有整体成形连接配件(34、36)的复合材料弹性模件的制造方法，以及挠性重量支承结构如使用复合材料弹性模件(16)的垫子基底(10)的装配方法。

Description

有整体成形连接配件的复合材料弹性模件
所属领域
本申请是1995.6.7申请的序列号为08/487,022的后序申请。
本发明是作为重量支承结构内的柔性元件而使用的，特别是，用于如床垫、坐垫和家具等挠性人体重量支承结构的塑性复合材料弹性件。
背景技术
用作如坐垫、床垫和家具等支承结构中的挠性支承件的弹性件通常由弹簧钢和金属丝制成。详见US188636、US488378、US1887058、US4535978、US4339834和US5558315。也尝试过用塑性材料制造弹性支承件，详见US4530490、US4736932、US5165125和US5265291。尽管纤维增强塑料弹性件发展得相当快，它在如坐垫、家具和床垫等挠性支承结构中的应用表现出：它难于为弹性件与支架结构以及与基础支承面的连接提供适当的装置。如US4411159所披露的，塑料弹性件可简单地机械连接到车辆中纤维增强塑料片弹簧上的支承结构上。纤维增强塑料的过硬和刚度过都会使任何形式的机械连接变得复杂。毕竟总是需要在弹性件中钻出机械紧固件所需要的连接孔(如US4736932所披露的)，这是需要增加额外的加工和装配步骤。而且，在纤维增强结构中钻孔破坏了确定最佳弹性特性的最佳长纱/粗纱纤维。相关的申请披露了将垫子基底弹性件连接到支架和基础栅格上所用的夹子。尽管是完全实用和新颖的，但该方法需要附加部件和增加安装任务，且不能完全克服弹性件和夹子之间可能的滑移以及由这种滑移所产生的噪音所带来的负面影响。
传统的基底系统通常包括一个由基底或“箱形弹性件”支承的垫子。设置基底是为了对垫子和弹性件进行支承和加固，以便在受到过度载荷或冲击载荷的情况下弯曲变形。基底通常包括矩形木制支架和通过一排钢丝弹簧支承在木制支架上部的钢丝栅格，这种钢丝弹簧如压簧是固定在木制支架上的。为了进行适当的支承和保持垫子的稳固度，基底中需要大量的压簧，导致了产品价格较高。这就是在垫子基底中使用压簧所带来的最大缺陷。而且，使用压簧的基底通常具有连接在弹簧顶端的低碳钢丝栅格或矩阵架。矩阵架的金属丝和焊接处在误用的情况下会弯折或破坏。在这种钢/金属制的系统中，需要紧固件来将弹簧固定到栅格和支架上。这导致金属与金属之间的接触，且在动载荷的情况下容易产生嘎嘎的噪声。
为了避免基底中使用压簧所带来的高费用，所用的另一种形式的弹簧是由大直径钢弹簧丝弯成多个连续部分段而制成的扭力钢弹簧，在受压时，由于扭力作用而产生弯曲。详见US4932535、US5346190和US5558315。由于扭力弹簧比压簧尺寸大且刚硬，基底中只需很少的扭力弹簧。但是，在由钢丝制成扭力弹簧的过程中，需要非常昂贵的工具和弯折设备。制造包括四个或更多个邻接段的复杂形状扭力弹簧模件需要精巧改进的弯模。在没有新的工具、工具再修改和/或机械装配变化和工艺过程破坏等情况下，这种制造工艺不适合于经济地制造出不同形状的弹簧。因此，不能容易地或廉价地改变这种弹簧的形状和获得的弹性系数来制造不同支承特性的基底。另外，这种弹簧中有很多的弯曲段，这导致很难控制其尺寸规格和弹性系数允差。而且，钢材性能的变化、防腐的需求以及热处理增加了制造费用和提高了制造钢丝弹性模件的难度。另外，相对较大的扭力弹簧别扭形状使得将弹簧装入到基底非常困难。
在基底中使用钢丝弹簧的另一个缺点以及扭力弹簧特别的缺点是存在“弹性硬化而形成永久变形”(“spring set”)的现象，即弹簧在过度承载后不能完全恢复到其不压缩时的高度状态。只要弹簧在其弹性系数公差范围内变形，弹簧就可以反复承载一定长的时间，而工作特性却没有显著的变化。但是，如果变形超过最大变形范围，弹簧就会产生永久变形或“硬化而形成永久变形”(“set”)，并导致工作特性的永久改变例如缺少反支承，以及形状的永久改变或者灾难性的破坏断裂。钢丝弹簧的这种弹性硬化而形成永久变形也可发生在下述简单长时间的正常使用过程中，也就是连续承受重载。这种现象也通常被称为疲劳，并可导致灾难性的破坏。
增大厚度尺寸的垫子例如“枕形顶部”的垫子，当被放置到6-8英寸高的普通基底顶部时，与基座的顶板和底板相比则太高了，形成不适当的外形和睡卧面过高。这种较大的垫子和基底使放置和存储费用增加。在美国垫子基底厚度一般为5-8英寸，平均厚度(或高度)为6.5-7.5英寸。在通常的基底中，最大尺寸由钢丝弹簧模件的高度确定。通常，扭力钢丝弹簧模件的弯曲变形被限制在总高度尺寸的大约20％。压缩变形超过20％范围会引起弹性硬化而形成永久变形或破坏。减小扭力弹簧模件的整体高度会导致弹簧过硬，并降低了所需要的偏转变形特性和缓冲重载及复原的能力。而且，在寿命试验过程中，通常很难用缩短高度的钢丝弹簧模件来预测破坏周期时间值，且通常比高度较高的钢丝弹簧模件的破坏周期时间值短。尽管如此，还是希望有一种可保持所需要的支承和弯曲变形特性的低高度的基底。
发明内容
本发明提供在坐垫、床垫等支承结构中作为挠性支承件使用的复合材料弹性模件。该复合材料弹性模件包括一个弹性体以及整体成形、模制或粘结在该弹性体上的连接配件，所述弹性体由塑料包封和处理过的增强纤维组成，所述连接配件由第二塑性或聚合材料制成。为固定垫子基底的弹性模件，所选取的连接配件可与基底支架结构件以及栅格或支架结构上部的支承结构机械连接。在将弹性件固定到如支架和栅格等周边组件上时，弹性体的整体成形塑料连接配件不需要单独的紧固件。连接配件的材料可与弹性体塑性材料相同或不同。
本发明还可制造出新颖的低断面/低高度并可耐滥用和长寿命的垫子基底，该基底中装有带有整体成形连接配件的复合材料弹性模件。该复合材料弹性模件作为反支承部件的组成部件来代替传统的金属丝弹簧。在其中一个实施例中，低高度复合材料垫子基底的总高度大约为传统基底高度的50-60％，并还具有超过传统基底的弯曲变形/弹性特性。本发明还提供一种高断面或通常高度的垫子基底，该垫子基底使用安装在一种新颖的高断面支架上部的复合材料弹性模件。
本发明还包括一种用例如环氧树脂/聚酯和玻璃纤维组合的复合材料来制造基底弹性模件的新方法，通过模制的方法将这些材料模制成特别适合于作为垫子基底支承件使用的各种形状的弹性件。这里所使用的术语“复合”是指在一个固体模中将至少两种材料混合在一起所形成的混合物，例如任何可模制、压制或拉制(pultrude)的塑性材料以及一种可通过粘结、嵌入或其它方法连接到塑性材料上的纤维材料。术语“复合”也指由模制材料制成且在具有封装纤维的弹性体上整体成形的连接配件。本发明还包括一种使用复合材料弹性模件的垫子基底选择组装新方法，其中，弹性模件有选择地设置并固定到支架结构和基础栅格上。
在弹性模件的最佳实施例中，复合材料拉制(pultrude)成一种通常平面伸长的弹性模件，以获取其低深度/高度尺寸、有效的受力和载荷分布。模制/拉制(pultrude)复合材料弹性模件的使用，特别是复合材料弹性模件的沿平面伸长的形状，相对于现有技术的金属丝弹簧，在制造和装配方面具有很多优点，即简化了基底结构、模件的加工和处理，并且无论对基底组件的分装配件还是对其最终装配组件，适合于进行自动加工和装配。另外，将复合材料制造为基底弹性模件的新方法适合于制造多形式的弹性模件，即具有不同形状以及随弹性系数变化而变化的支承和弯曲变形特性，而基本上不需要进行再加工或改变根本的工艺。这种工艺方法提供了很高的工作特性再现性。
本发明还包括用来支承弹性模件和基础栅格的新的高断面和低断面基底支架。低断面支架具有相互平行的纵向件和中心件、横向件以及端部横面板；其横向件的主宽度面平行于纵向件的主宽度面，而横面板的主宽度面垂直于横向件的主宽度面。高断面支架具有相互平行的周边件和中心件、横向件以及端部横面板；其横向件和横面板与纵向件正交连接，其横向件和横面板的主宽度面垂直于纵向件的主宽度面，且横面板的窄底边与纵向件的底面平齐。
本发明还提供一种新的垫子覆盖栅格交叉钢丝(crosswire)或横向件，其具有水平偏转部，且该水平偏转部的尺寸可便于其与弹性模件的连接配件连接，并限制连接配件沿交叉钢丝长度方向的移动。本发明还提供一种复合材料垫子覆盖栅格边界钢丝(borderwire)支承弹性件，其用来连接到支架件上并与栅格边界钢丝的挠性支承摩擦接触。
附图简介
下面将结合附图对本发明上述的和其它方面的特征进行详细描述。
图1A-1C是本发明带有整体成形连接配件的复合材料弹性模件的透视图；
图2是具有本发明带有整体成形连接配件的复合材料弹性模件的垫子基底透视图；
图3A、3B是本发明复合材料弹性模件与垫子覆盖栅格交叉件相联时的透视图；
图4是具有本发明的整体成形连接配件的复合材料弹性模件的高断面垫子基底透视图；
图5是本发明垫子基底另一实施例的局部透视图；
图6A是本发明带有整体成形连接配件的复合材料弹性模件另一实施例的透视图；
图6B是本发明弹性模件又一实施例的透视图；
图6C是本发明弹性模件与本发明垫子基底中的支架和栅格相联时的立面图；
图6D是本发明另一实施例的弹性模件连接在垫子基底支架上的透视图；
图7是本发明垫子覆盖栅格分界框支承弹簧的横断面图。
最佳实施例
图1A-1C显示了本发明复合材料弹性模件16的最佳实施例，该弹性模件16具有通常的沿平面伸长的复合材料纤维增强塑料弹性体32、设置在中部整体成形的支架连接配件34以及位于弹性体32相对两端的整体成形的栅格连接支柱配件36。支架连接配件34和支柱配件36(这里统称为“连接配件”)可由任何结构适当的材料制成，如：塑料或金属，并且周围模制、粘结、紧固或固定在弹性体32的相应位置上。在该最佳实施例中，连接配件34和36通过一种镶嵌造型工艺而与弹性体32整体成形。例如：将弹性体32(所示的简单平面、矩形形状或这里以及相关的申请中所描述的任何其它形状)放置在一个型模中，该型模具有一个容纳弹性体32的空腔和呈配件34、36形状的连接腔。然后用任何适当的模制材料如聚丙烯、聚乙烯、SantopreneTM、尼纶或ABS等注入型模，部分或全部地灌封弹性体32。另外，整个模件16(包括弹性体32和配件34、36)可模制成一个纤维增强塑料的整体件。而且，配件可单独进行模制或拉制(pultrude)，然后再连接(粘结)到弹性模件体上。
弹性模件体32可由多种不同的复合材料制成，例如：纤维增强塑料、与环氧树脂或乙烯树脂或聚酯结合的纤维、高密度塑料如聚乙烯、高密度泡沫塑料、封装的钢和合金钢(encapsulated steel andsteelalloys)、或可呈现所需要的弹性系数和周期循环(cycleduration)的其它任何材料。当由纤维增强复合材料制成时，该模件可在加热和加压条件下组合模制(compound mold)和/或压铸到凸/凹型模腔的铸型中成形，或者拉制成形。例如：大约占60％-80％体积的连续玻璃纤维绳通过缠绕或拉制过占大约20％-40％体积的环氧树脂或乙烯树脂池。然后再将材料放入到压模中进行模制和处理。通过通常的方法例如振动浮石台(vibrating pumice bed)将溢料除去。可选择和混合模制材料以制成具有不同弹性系数的模件。
如图1所示通常的线型弹性体最好通过拉制工艺制成，其中增强纤维被拉着经过液态塑料池和可确定弹性体横断面形状的型模，且弹性体被切成所需要的长度。在模制材料过程中可使用颜料以易于区别不同弹性系数的模件，这对于下面所要描述的组装过程很有帮助。在此，术语“复合”是指弹性体的塑性材料和纤维在弹性体内的结合。术语“复合”这里也指模制到弹性体中以形成连接配件的第三材料的结合，下面将详细进行描述。
正如下面将进一步描述的，复合材料弹性模件的形状可通过增强纤维塑料的拉制和连续拉制而形成，其中纤维丝(包括但不局限于玻璃纤维、Kevlar、Mylar、石墨、碳或钢纤维)从卷筒上被拉着经过树脂浸渍池，并连续地拉过成型和处理模。然后复合材料连续纤维被横向(也就是，沿横断面方向)切断成任何所需要的长度来形成弹性体。这种拉制工艺特别适合于大批量的生产大致呈线型形状的弹性体。呈曲线形状的弹性模件可象所描述的那样拉制(pultrude)和/或拉制和压制出来。这种工艺过程所制成的弹性模件的另一个重要优点是可通过简单地选择纤维的数目、和/或位置或纤维在模件中的取向而较容易改变模件的弹性特性。在该最佳实施例中，纤维与模件的长度尺寸相一致，且大致在模件体的整个长度范围内延伸。在另一个实施例中，纤维取向以固定或以任意角度相交。
现在对复合材料弹性模件16与整体成形连接配件的连接进行描述，上述连接的描述是在具有支撑弹性模件的基础支架结构的垫子基底和由弹性模件反支撑着的基础栅格的情况下进行的。但是，显然最好在本发明的范围内将弹性模件与任何形式的支撑结构或支架连接，并且任意地将任何形式的结构或组件连接到弹性模件上，其中弹性模件提供一个回弹面或物。弹性模件所连接的结构和组件的一些特殊例子包括所有形式的家具、坐垫如车辆和飞机坐垫、能量吸收墙壁、地板或其它表面如振动阻尼支承以及悬架系统。
图2所示本发明的一个实施例是低断面垫子基底，其具有多个本发明的复合材料弹性模件16。基底10包括一个新颖的用标号12表示的低断面支架，该支架作为垫子支承表面支承着多个连接在栅格或矩阵架14上的复合材料弹性模件16，栅格或矩阵架14平行设置在支架12上部。在该实施例中，支架12包括两个纵向延伸的周边件18、一个中心纵向件19和多个中间横向件21，它们都可由木材、钢、如铝等金属或其它适当的材料例如拉制或压制的梁状部件、吹模件或结构泡沫材料部件等构成，并固定在一起形成由直线围成的支架。在该低断面支架中，主宽度为Wt的横向件21相互平行平放着，并平齐靠在主宽度为Wp的纵向件18、19上，且窄边e与件18、19的顶表面正交。多个纵向延伸的上纵向支承件22(它可由木材、钢、如聚乙烯或聚丙烯等压制或拉制的塑料、PVC或玻璃纤维增强塑料等材料制成)与主宽度为Wt(顶表面)的横向件21正交连接。一个端部横面板或条23连接在支架的每个横向端部，且在纵向周边件18的端部处靠着横向周边件21的窄边外侧。因此，主宽度为Wf的横面板23与主宽度为Wt的端部横向件21垂直，且横面板底部窄边与纵向件的底面平齐。横面板23的底边与周边支架件的底面平齐以在饰品连接部形成平滑的连续表面。横面板23可在端部横向件21的上部垂直延伸，以形成一个挡件紧靠在上纵向支架件22的端部上。在上纵向支架件22被切为相等的长度的情况下，其端部紧靠横面板23使得支架被装配成方格形。弹性模件16连接在上纵向支架件22的顶表面上，下面将进一步详细进行描述。
由周围边界件24也称为“边界钢丝”所形成的栅格14通常与支架12具有相同的宽度和长度，多个纵向件26通过夹持、焊接、简单的弯折或钩挂在边界钢丝24上的方式而固定在边界件上，多个横向栅格件28(这里也称为“交叉钢丝”)与纵向件26交叉而形成一个作为垫子支承表面的通常的正交栅格14。栅格14(包括件24、26和28)可选择由低碳钢或高碳钢制成，还可选择由纤维增强塑料等复合材料制成，然后再将其粘结、超声波焊接或其它方法固定在正交矩阵架或其它装置上，或者通过适合于相对较大结构的塑料或复合材料模制工艺而形成一个单独整体结构，如通过旋转焊接或结构泡沫材料的注模法。
横向件或交叉钢丝28的末端向下弯折形成带有固定脚31的竖直支承件30，固定脚31固定在支架12上来支承边界钢丝24，并夹在支架12上部的栅格14上。支承件30可选择地形成任何所需要的位于支架12上部从边界钢丝24延伸到件18的高度，并以本技术领域所熟知弹簧的方式进行弯折。
如图2所示，栅格14由多个弹性模件16支承在支架12上部，弹性模件16在底部点处连接到上纵向支架件22上，而在上部点处连接在栅格14的件26、28的交叉部上。如图1A-1C、3A和3B所示，每个栅格连接支柱配件36包括一个固定或形成在模件体32末端的基体41、一个直立件42(也称为“支柱”)和一对位于该直立支柱件42的一个相对端的夹爪44，直立件42在其一端通过柔性铰接部43与基体41相连，夹爪44与纵向栅格件26相连，并以与纵向栅格件26相交的方式而跨在横向栅格件28上，如图3A、3B所示的那样相互闭合。在该实施例中，纵向栅格件26叠在横向栅格件28上，并将其锁定在槽47中。
在图1A、3A和3B所示的弹性模件的栅格连接支柱配件上，每个夹爪44包括一个横向伸展的锁片44dh锁片44dh通常与模件体32的长度相匹配，沿模件体32的长度方向延伸并伸过槽道46中的内侧开口46o，在基底组装中，纵向栅格件26容纳在槽道46中。内侧开口46o使得纵向栅格件26较容易地进入到槽道46中，每个锁片44dh形成有向下倾斜的下侧边，以引导栅格件26通过开口46o进入到槽道46中。最好，开口46o的高度小于件26的横截面宽度，因此，当件26穿过开口46o时，锁片44dh受到向上的力作用，并且迅速闭合将栅格件26抓住并保持在槽道46中。
如图1B所示，每个夹爪44交替地形成有辐射状切成圆弧的头部45，头部45伸过槽道46，以接纳栅格件26并与之摩擦接触，类似地，第二槽47与槽道46正交，以接纳横向栅格件28。如图1C所示，设有第二辐射状切成圆弧的头部48，且其伸过第二槽47以与横向件28摩擦接触。
如图3A所示，沿竖直方向偏移的凹口29在横向件28上间隔开来，并很近地跨在直立件42的上末端，以限制栅格连接配件沿横向件28的长度方向移动。栅格连接支柱配件36柔性地将交叉的栅格件26和28固定在准确的相对位置上，并便于快速地组装基底。柔性铰接部43设置在弹性模件体和栅格之间，可根据放在栅格上的载荷而多方向的活动。柔性塑料的整个栅格连接支柱配件对于有限度的载荷偏移情况特别有利，并可完全消除在夹爪44/栅格连接界面上产生噪音的可能性。
如图3B所示，本发明还包括一个横向栅格件28或交叉钢丝，它具有水平的横向偏转部291，该偏转部有足够长的线型延伸部分，以穿过位于夹爪44之间的第二槽47。通过这种设计，限制了栅格连接支柱配件36沿纵向栅格件26的横向位移，以及沿交叉钢丝28长度方向的位移。而且，水平的横向偏转部291被锁片44的一部分所包覆，加强了交叉栅格件在连接配件内的机械连接。横向偏转部291是水平的，并在由插入交叉钢丝28的栅格顶表面所确定的平面上横向延伸。
支架连接配件34最好指向并与纵向支架件22顶部开口相配合。例如，在支架连接配件34的底部形成键块37，其长度通常与模件体32的长度相匹配。在上纵向支架件22的顶部设有相应大小的孔，键块37穿过该孔，然后旋转90°并与支承支架件机械连接。例如，键块37延伸的颈部39(如图6A、6B所示)，其长度尺寸大于支架件22上孔的宽度尺寸，因此，当键块在孔中旋转90°时，孔边与该颈部紧密接触，并将该模件与支架件机械摩擦连接。类似的，如图6A所示，键块37的长度可长于纵向件22槽的内部宽度，以使键块沿长度方向与支架件22在旋转90°后形成一个压合接头。另外，所形成的支架件22上的孔在一点处有间隙地接纳键块37和颈部39，并且还包括一个邻近的较小的区域，在整个模件滑入到该孔的较小区域中时，该孔卡住键块。滑入并卡在支架件孔中的键块如图6B和6C所示。
这种将模件与带有整体成形的连接配件34和36的支架结构相连接的简单方式不需要任何单独的将模件固定到支架上的紧固件。配件34和36可非常简单和快速地将模件16连接到支架和基础栅格上。弹性模件连接配件与垫子基底或如坐垫和家具等任何其它结构件的这种互锁式机械连接，无论对于手工还是自动组装基底都是非常适宜的。而且，由柔性/塑性材料(最好是一种比弹性体的无纤维材料更柔软的材料)所形成的配件34、36的固有柔性给整个弹性模件相对于支架和栅格提供了多个自由度，并消除了连接配件与支架或栅格的连接点处产生噪音的可能。
图2所示的基底具有一个相对低的高度或断面，因此，从支架底面到栅格顶部所测的整体高度大致低于通常含有金属丝弹性模件的基底高度，通常的基底高度为7英寸或更高。本发明基底的低断面高度尺寸可达到复合材料弹性模件16和连接配件的最小高度尺寸，而且比高高度的金属丝弹簧具有较优越的挠度特性。
然而，基底10可制成任何所需要的高度尺寸，其中模件16可关于支承支架件22的连接点自由偏转弯曲。图4示出一个相对高断面的基底10，该基底具有高断面的支架，并用标号25表示，其中，横向支架件21以竖直方向主宽度Wt的方向进行取向，以获得可抬高安装在窄边e的纵向支架件22(和弹性模件16)的较大高度尺寸。换句话说，当横向件21直立时，周边件18是平放的。横向件21的窄底边靠在纵向周边支架件18和中心纵向件19的顶表面或主宽度Wp上。上纵向支架件22连接在横向件21的窄顶边e上。端部横面板23类似地沿端部横向件21的侧边竖直定位，其具有竖直方向的主宽度Wf，并与纵向件的主宽度Wp方向垂直，且横向件的窄底边与纵向周边支架件18的底部平齐。这种结构提供了一种具有很大刚度的支架，该支架具有通过双板竖直并排而得到双板厚度来加强的横向端部。当然，横向件21的刚度通过对窄边e加载而得到优化，纵向支架件22靠在横向件21上。可使用附加支架件来进一步增大高度和刚度。在设有高断面支架25的高断面基底中，横向栅格件28的竖直支承件30高度增大，并从抬高的栅格向下延伸到纵向周边支架件18上。
另外，所设计的栅格连接支柱配件36的直立件42的长度可使位于弹性模件和支架最高件上部的栅格具有任何合理的需要高度。例如，图5显示的另一个实施例，其中，栅格连接支柱配件36由一个单独的栅格连接金属丝50所替代，其所形成的端部51与另一种形式的连接配件36相配合，并通过位于端部51之间的中间部分52使栅格互锁连接。当然，在制造过程中，端部51的竖直延伸部可有选择地进行变化以形成所需要高度的基底。
带有复合材料弹性模件体的整体成形连接配件的基本发明构思可由任何形状的弹性模件体来实现。例如，图6A-6D显示了通常的U形或C形的弹性模件16，该弹性模件16具有一个通常的弯曲体32，并带有两个通常的共面的平弹性端和位于弯曲体32的大约中心处的支架连接配件34，栅格连接支柱配件36从该弹性端竖直延伸。
所形成的U形弹性模件16便于本发明覆盖栅格内的压应力被通常的深度方向和沿模件中心线方向的弹性吸收。另外，U形弹性模件的形状和材料便于其可被压缩到一个基本上呈平面的位置而不到达其“弹性硬化而形成永久变形”(“spring set”)的状态。因此，即使本发明基底在承受过度负荷的情况下，U形弹性模件也不会造成变形或其它损坏，因为即使在最大偏移的情况下，它们也不会产生弹性硬化而形成永久变形(spring set)。
图6B显示了一个U形弹性模件16，该U形弹性模件16通过键块37穿过前述支架件上的一个孔而安装在支架件22上。如图6C所示，一个附加机械紧固件35以金属丝或夹子的形式跨过配件34进行连接并将模件固定在支架件上。如图1A和1B所示，为固定该紧固件，在配件34上设有引导槽38来接纳紧固件35，并按照图6D所示固定到支架件上。为使紧固件将弹性模件固定到如支架件的支承结构平表面上，可省去键块37和颈部39以获得平齐稳定的固定。在此情况下，支架连接配件34本体上所形成的槽38仍然起着连接的作用或安置紧固件。
在此情况下，与固定在支架12和栅格14上的模件16的反弹性作用结合，横向金属丝28的支承件30对基底产生双重弹性/支承作用。由于支承件30可由钢丝或聚合材料制成，它们可具有与模件16不同的弹性系数，特别是在模件由复合材料制成时。这两种具有不同弹性系数的不同弹性件的组合对基底产生一个独特的和增进的双弹性系数和作用。例如，金属丝支承件30可由图7所示的复合材料弹簧60代替。复合材料栅格支承弹簧60由一个通常的用来连接到支架件上的平面固定基体61和一个用来竖直支承栅格14的边界钢丝24的直立部分62构成。其中间部分63可以是任何适当的几何形状，以具有所需要的偏移和弹性特性。在直立部分62的顶部是一个具有槽道65的连接配件64和一个保持盖66，槽道65用来接纳边界钢丝24，保持盖66盖住槽道并将边界钢丝保持在槽道65中。另外，由于本发明采用高碳栅格，当卸去载荷时，栅格本身作为一个弹簧可完全恢复为水平平面，而不象低碳焊接栅格在承载情况下会永久地弯曲、变形和损坏。
在本发明的制造和装配工艺过程中，复合材料垫子基底系统组件具有高柔性，且具有相对较小的尺寸和弹性模件的简单几何形状使其大大简化。例如，可按照下述步骤以任何逻辑次序有选择地组装本发明的复合材料垫子基底。在内支架件连接到另一支架件上之前或之后，弹性模件16可连接在内支架件(如支架件22)上。将键块37插入到支架件键孔中并旋转90°到锁止位置，从而将弹性模件固定到支架件上。弹性模件连接点(例如，接纳键块37的孔)的数目决定一个支架件所能支承的模件最大数目。例如，尽管在组装过程中只有20个或更少的等间隔设置的模件需要连接固定，但是一个单个支架件却可具有40个或更多个连接点。
可按照形状和/或颜色(表示弹性系数)来选择所用的弹性模件的形式，它们可以具有统一的或者不相同的弹性特性。例如，高弹性系数的模件可放置在基底的脊部和/或背脊区域，而低弹性系数的则靠近端部设置。类似地，刚硬的弹性模件可设置在基底的周边，以在人坐的垫子边缘处提供较大的支承。然后通过将栅格交叉点(件26、28的)与支柱夹爪44在顶部或侧部的连接，而将栅格14固定到模件16的每个栅格连接到支柱配件36上。然后进行插入和覆盖连接。每个安装步骤有助于自动给出较小、较轻和简单几何形状的弹性模件，并且消除了不方便的多弯钢丝弹簧所带来的尺寸限制。
尽管按照几个最佳和优选实施例对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员来说，显然本发明的改型和变型原理也已披露了。特别是，可以了解到带有整体成形连接配件的复合材料弹性模件可连接到或应用于任何支承结构或支架，以及如栅格或矩阵架等用于将载荷传递到弹簧上的任何基础结构的单元或部件上，例如，并不局限于垫子、家具、坐垫、阻尼装置等的支架和结构，以及任何所需要的反支重量或载荷支承面的结构或组件。
而且，任何形式的与弹性体整体成形或粘结的连接配件，即所形成的用来与支承弹性模件的支承件相连接以及与弹性模件支承的结构相连接的连接配件都属于本发明的范围。其所有的变型和改型都落在本发明权利要求书所界定的保护范围之内。

Claims (42)

1.一种单件复合材料弹性模件包括：
由复合材料制成的一个伸长的弹性体，复合材料包括第一塑料材料和纤维，
以及在弹性体周围整体成型、并基本上包封所述弹性体的由第二塑料材料制成的连接配件，所述连接配件包括：
在所述弹性体每一端形成的栅格连接配件，其基本上垂直于所述弹性体，并与所述弹性体之间隔开一个支柱，所述栅格连接配件具有构造成用于连接到一个覆盖栅格上的夹爪件；和
至少一个构造成与下置支架件通过转换位置啮合的支架连接配件。
2.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：弹性体塑料是乙烯基酯，弹性体纤维是玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：弹性体纤维取向基本沿弹性体长度方向延伸。
4.根据权利要求1所述的复合材料弹性体模件，其特征在于：弹性体纤维延伸在弹性体基本整个长度范围上。
5.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：弹性体纤维包括多条纤维丝。
6.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：弹性体纤维包括多条长度一般短于弹性体长度的纤维。
7.根据权利要求6所述的复合材料弹性模件，其特征在于：纤维随机分布在弹性体的塑料中。
8.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：连接配件由不同于弹性体塑料材料的塑料构成。
9.根据权利要求8所述的复合材料弹性模件，其特征在于：连接配件的塑料选自如下材料：聚丙烯、聚乙烯、尼龙和ABS。
10.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：栅格连接配件包括构造成用来与一个覆盖栅格横向接合的夹爪件。
11.根据权利要求10所述的复合材料弹性模件，其特征在于：栅格连接配件的夹爪件构造成与一个覆盖栅格的部件摩擦接合。
12.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：弹性体通常是平面型的。
13.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：弹性体通常为曲线型的。
14.根据权利要求10所述的复合材料弹性模件，其特征在于：栅格连接配件的夹爪件相间隔开以形成槽道，该槽道用来容纳由弹性模件支承的一个结构的部件。
15.根据权利要求10所述的复合材料弹性模件，其特征在于：夹爪件包括辐射状头部，该头部与连接栅格连接配件的部件摩擦接合。
16.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：栅格连接配件具有顶部开口，通过该顶部开口部件可插入到栅格连接配件中。
17.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：栅格连接配件具有内部空腔和邻近该内部空腔的侧部开口，通过该侧部开口部件可插入到栅格连接配件中。
18.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：所述弹性体通常是直线型的，当其连接到支架和栅格上时，其取向一般平行于支架和栅格。
19.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：支架连接配件位于弹性体的一个侧面，而栅格连接配件位于弹性体相反的另一侧面。
20.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：连接配件由不同于弹性体塑料的塑料模制而成。
21.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：栅格连接配件用来与垫子基底的支架和栅格进行互锁连接。
22.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：连接配件相对于弹性体是挠性的。
23.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：弹性体包括多条纤维，所述纤维基本上在弹性体整个长度范围上延伸。
24.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：弹性体包括多条纤维，所述纤维一般在弹性体内随机取向。
25.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：至少一个栅格连接配件包括柔性铰接部，从而所述栅格连接配件可以响应所述栅格或弹性体的运动而移动。
26.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：支架连接配件包括颈部和键块，用来与垫子基底支架的支架部件进行锁止连接。
27.根据权利要求1所述的复合材料弹性模件，其特征在于：栅格连接配件包括夹爪，用来与垫子基底的栅格进行锁止连接。
28.根据权利要求1的复合材料弹性模件，其特征在于：还包括一个用于接收一个固定件的啮合槽。
29.根据权利要求1的复合材料弹性模件，其特征在于：所述支架连接配件是用于与一个下置支架件中的孔接合的键块。
30.根据权利要求29的复合材料弹性模件，其特征在于：所述键块的长度尺寸大于宽度尺寸。
31.根据权利要求29的复合材料弹性模件，其特征在于：所述键块的长度与所述弹性体的长度对准。
32.根据权利要求29的复合材料弹性模件，其特征在于：所述键块的长度基本上垂直于所述弹性体的长度。
33.一种复合材料垫子基底，包括：
基底支架，该基底支架具有相互连接的周边件、横向件和纵向件；
栅格，该栅格平行于基底支架，并与基底支架保持有间隔；
多个单件复合材料弹性模件，每个弹性模件包括：
一个由复合材料制成的伸长弹性体，所述复合材料包括第一塑料材料和一种纤维；和
由第二塑料材料制成的连接配件，其围绕着所述弹性体整体成型并基本上包封该弹性体，所述连接配件包括：
形成在所述弹性体每一端的栅格连接配件，其基本上垂直于所述弹性体，并且由一个支柱与所述弹性体隔开，所述栅格连接配件具有连接于覆盖栅格的夹爪件；和
至少一个支架连接配件用来与所述基底支架通过转换位置而啮合，连接件与基底支架机械地接合。
34.根据权利要求33所述的复合材料垫子基底，其特征在于：每个弹性模件包括基本连续的纤维，该纤维基本上在弹性模件体的整个长度范围内延伸。
35.根据权利要求33所述的复合材料垫子基底，其特征在于：每个弹性模件包括位于弹性体内的一排纤维。
36.根据权利要求33所述的复合材料垫子基底，其特征在于：弹性模件的连接配件由不同于弹性体塑料材料的塑料材料制成。
37.根据权利要求33所述的复合材料垫子基底，其特征在于：弹性模件的支架连接配件包括键块和从弹性体伸出的颈部。
38.根据权利要求33所述的复合材料垫子基底，其特征在于：弹性模件的栅格连接配件包括用于夹住栅格的夹爪。
39.根据权利要求38所述的复合材料垫子基底，其特征在于：弹性模件的连接配件包括一个与所述夹爪间隔开的柔性铰接部。
40.根据权利要求36所述的复合材料垫子基底，其特征在于：形成弹性模件连接配件的塑料材料基本上覆盖整个弹性体。
41.根据权利要求36所述的复合材料垫子基底，其特征在于：形成弹性模件连接配件的塑料只包围弹性体的一部分。
42.根据权利要求33所述的复合材料垫子基底，其特征在于：栅格由复合材料制成。
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