用于将部件紧固到飞机或航天器的结构部件上的紧固装置和紧固配件

摘要

本发明涉及一种紧固装置（1），其用于将部件，尤其是舱体部件紧固到飞机或航天器的结构部件（12）上，所述紧固装置包括：结构部件（12），其包括连接表面（13-7）；紧固配件（2），其具有与所述结构部件（12）的几何形状相匹配的几何形状，具有与所述结构部件（12）的所述连接表面（13-17）相关的连接部分（3-7），并且是由热塑性注射模制材料生产而成的；以及弹性粘合剂接缝（25），其用于将所述紧固配件（2）的所述连接部分（3-7）稳固地紧固到所述结构部件（12）的相关连接表面（13-17）。本发明还主张一种对应的紧固配件（2），以及包括有这种类型的紧固装置（1）和/或这种类型的紧固配件（2）的一种飞机或航天器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将部件，尤其是舱体部件，紧固到飞机或航天器的 结构部件上的紧固装置和紧固配件。

虽然可应用于任何结构部件，但本发明及其所依据的问题将参考飞机 的梯形桁条（stringer）进行详细描述。

背景技术

在飞机中，饰面部分（facing part）、行李架或乘客座椅等舱体部件，以 及厕所单元、厨房单元等等整个舱体单元都必须紧固到飞机的承载机身上。 飞机机身通常由桁条和翼肋（former）构建而成。桁条大体在飞机的纵向上 延伸，而翼肋则垂直于桁条延伸。传统上，桁条和翼肋由铝组成，并且占飞 机总重量的比例相当大。通常，舱体部件主要由铆钉或螺钉接头紧固到翼肋 和/或桁条。为此，在适当的位置对翼肋和桁条进行钻孔，并且随后借助于铆 钉或螺钉将紧固配件紧固到所形成的钻孔中。有利的是，紧固配件会将部件 产生的运行负载和撞击负载引入到飞机机身中。

近来，也已尝试使用较轻的碳纤维增强塑料材料来生产飞机机身。在这 种类型的CFRP飞机机身中，至少桁条是由具有梯形轮廓的碳纤维增强塑料 材料形成的，而翼肋仍然由铝制成。然而，已证实，在这种类型的梯形轮廓 中比较不利的是，由于缺少内部通路，铆钉连接或螺钉连接的传统应用方法 变得不实用。盲铆钉连接的应用方法也完全不适用。CFRP结构包括定向纤 维，不利的是，这种纤维可能会受传统盲铆钉的小铆钉上头妨碍。CFRP结 构中的铆钉接头是使用具有特殊圆头和铆钉上头的特殊铆钉制成的，并且无 法在没有内部通路的中空轮廓中使用，或者要通过很大努力才能在没有内部 通路的中空轮廓中使用。

公开案DE102007060030Al描述了一种用于将电线或流体输送线安装 在飞机或航天器的结构上的装置。所述装置包括可以紧固到所述结构的预定 紧固部分的基础夹持器装置。还具有系统夹持器，用于安装所述系统，并且 基于所述紧固部分，所述系统夹持器可以在不同位置紧固到基础夹持器装置 上。此发明的优点在于，系统的路径可以灵活变化，即使在成品装配期间也 是如此。所述系统夹持器经由相关的链节式基础夹持器而紧固到所述结构 上，单个链节式基础夹持器夹到彼此上，并且借助于铆钉接头而紧固到所述 结构上。

公开案10 2007 019 305 Al描述了一种用于将部件紧固到飞机机身的紧 固装置。在这种情况下，所述部件由配件紧固到相关的飞机桁条，所提供的 专用啮合元件与相关的凹口强制啮合。

发明内容

因此，本发明的目标在于，提供一种紧固装置和紧固配件，所述紧固装 置和紧固配件消除上述缺点，并且在飞机或航天器的相关结构部件是由碳纤 维增强塑料材料生产而成的情况下，确保部件稳固地紧固到对应的结构部 件，并且人工成本较低。

根据本发明，这一目标是以如下方式实现的：通过具有权利要求1所述 的特征的紧固装置、具有权利要求14所述的特征的紧固配件，以及通过具 有权利要求15所述的特征的飞机或航天器。

本发明依据的构想如下：所述紧固装置包括：结构部件，其包括连接表 面；紧固配件，其具有与所述结构部件的几何形状相匹配的几何形状，具有 与所述结构部件的所述连接表面相关的连接部分，并且由热塑性注射模制材 料生产而成；以及弹性粘合剂接缝（joint），其用于将所述紧固配件的所述连 接部分稳固地紧固到所述结构部件的相关连接表面。因此，由于所述紧固配 件和所述相关结构部件具有匹配的几何形状，因此，至少部分确保所述紧固 配件平坦地粘附到所述结构部件。

在本发明中，有利的是，舱体部件可以稳固且符合成本效益的方式紧固 到梯形CFRP桁条上，从而使得所述部件产生的运行负载和撞击负载被可靠 地引入到机身中。有利的是，在所提出的紧固装置中，可以无需铆钉连接或 螺钉连接。

本发明的优点还在于，借助于指定的紧固装置，也能够以简单的方式进 行改装，即使在售后也可如此。即使在舱体配置不同于批量生产的情况下， 例如，在VIP区域或者专门的头等区域中，随后也可以借助于所提出的紧固 装置来提供多种特殊设备。

关于权利要求1中给出的紧固装置和权利要求14中给出的紧固配件的 有利配置和改进，可以在从属权利要求中找到。

根据一项优选实施例，所述紧固配件和所述结构部件具有匹配的梯形截 面几何形状和/或匹配的足部。因此，至少部分确保所述紧固配件与下方结构 部件之间平坦的弹性粘合剂接缝。

根据另一项优选实施例，所述紧固配件包括预定数目的金属嵌件，以接 纳相关紧固构件，所述嵌件被注射到接纳部分中，并且例如，布置成彼此等 距和/或布置成两行。这些整体铸造的金属嵌件用作螺钉连接点，以连接到不 同的连接元件、中间元件，或者直接连接到需要连接的部件。因此，所注射 的金属嵌件表示稳固的螺钉连接交叉点。单独金属嵌件的布置和数目可以自 由设置，并且优选适应于相应的应用。

根据另一项优选实施例，所述紧固配件在形成背部的端面上具有至少一 个剥离突起（peel projection）、优选布置成彼此对称的两个剥离突起。这些 剥离突起用于将所述紧固配件额外地粘附到受主要剥离力作用的结构部件 的部分，从而增强所述弹性粘合剂接缝。

根据另一项优选实施例，所述紧固配件包括加强肋，所述加强肋适用于 力流（force flow）,用于增大紧固配件的刚度。由于使用注射模制技术，因此， 在成本较低且人工较少的情况下，可以非常精致的方式提供这种类型的加强 肋。另外，所述紧固配件和所述加强肋的每个壁可以生产成具有较小的壁厚 度，从而可能有利地额外减轻重量。因此，可以有利的方式为舱体部件提供 极轻的机身连接。

根据另一项优选实施例，所述紧固配件具有预定的材料凹口，用以减少 所述紧固配件的总重量。这同样是由以下事实造成的：所述紧固配件可以通 过注射模制生产而成，借此，能够以简单且符合成本效益的方式提供这种类 型的材料凹口。

根据另一项优选实施例，所述紧固配件是由热塑性材料聚醚醚酮形成 的，其碳纤维含量约为20%到40%，具体而言，30%。这种注射模制材料确 保生产出较轻但具刚性的紧固配件，所述紧固配件适用于迫降时的具有较高 要求的情况。

根据另一项优选实施例，所述结构部件形成为包括碳纤维增强塑料材料 的桁条。然而，对于所属领域的技术人员显而易见的是，所述结构部件也可 以是飞机或航天器的任何其他结构部件，前提是所述紧固配件和相应结构部 件的对应几何形状相匹配。

根据另一项优选实施例，所述紧固配件包括额外的足部，所述足部以成 阶梯的方式横向偏移，横向延伸穿过所述结构部件的足部，并且用于将所述 紧固配件额外粘附到飞机或航天器的蒙皮的相关部分。因此，有利的是，可 以防止结构部件上不利地出现剥离力，从而有效地确保更加稳固的紧固。

根据另一项优选实施例，所述弹性粘合剂接缝形成为柔性填隙弹性粘合 剂接缝，例如，由BU、PUR、EP、EPPM或类似物制成。借助于这种类型 的柔韧的弹性粘合剂接缝，可以补偿可能的扩展和限制，并且可以确保额外 的阻尼功能。所使用的弹性粘合剂优选具有5N/mm²到10N/mm²的拉伸剪 切强度，以及传输5t到10t负载的100mm×100mm的粘附表面，对于针对 （例如）1t负载而设计的紧固配件而言，这代表足够的估算余量 （dimensioning margin）。另外，所使用的弹性粘合剂优选适用于预期使用领 域中的具体要求，例如，使用寿命和/或特种液压工作油抗性（Skydrol  resistance）。

根据另一优选实施例，金属线嵌件（wire insert）嵌入所述弹性粘合剂接 缝中，优选在所述紧固装置的纵向上嵌入。具体而言，所述金属线嵌件包括 至少一个拉片（pull tab），优选在两个自由突出端中的每一自由端都具有拉 片，以驱动所述金属线嵌件，从而释放所述弹性粘合剂接缝。因此，每个紧 固点和紧固配件能够以极易变化的方式进行附接，并且随后可以发生改变。

因此，有利的是，之后也可以容纳专门的设备，并且随后能够以简单的 方式对现有舱体进行改装。

根据另一项优选实施例，所述紧固装置设计用于紧固连接元件，例如， 眼部配件（eye fitting）、橡胶减振器等减振器或类似物，以将饰面部分、行 李架、厕所单元、厨房单元、电缆和/或线路载体等附接到飞机或航天器的蒙 皮的预定部分上。

附图说明

下文将通过实施例并且参考附图来详细描述本发明，其中：

图1为根据本发明的一项优选实施例的紧固配件的透视图；

图2a为图1中的紧固配件沿线A-A的截面图；

图2b为根据本发明的一项优选实施例的应用到飞机蒙皮的桁条的截面 图；

图2c示出了由根据图2a的紧固配件以及根据图2b的桁条组成的紧固装 置；

图3a为图1中的紧固配件沿线B-B的截面图；

图3b为根据本发明的一项优选实施例的应用到飞机蒙皮的桁条的截面 图；

图3c示出了由根据图3a的紧固配件以及根据图3b的桁条组成的紧固装 置；

图4为根据本发明的一项实施例的一个紧固配件和一个电缆载体部件组 成的紧固装置的透视图；

图5为根据本发明的另一项优选实施例的电缆载体部件的透视图；

图6为根据本发明的一项实施例的由紧固配件和连接部件组成的紧固装 置的透视图；

图7为根据本发明的一项优选实施例的附接到紧固配件的减振器的透视 图；以及

图8为根据本发明的一项优选实施例的由两个紧固配件和一个电缆载体 部件组成的紧固装置的透视图。

在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记指代相同或功能相同的 部件。

具体实施方式

下文通过实例并且首先参考图1到图3来详细描述用于紧固舱体部件的 紧固装置1的一项优选实施例。图1为根据本发明的一项实施例的示例性紧 固配件2的透视图。图2和图3分别为图1中的紧固配件2的沿线A-A和线 B-B的截面图，以及所形成的紧固装置的截面图。

如图1到图3所示，根据本实施例的紧固配件2优选形成为具有梯形截 面几何形状，其具有接纳部分3、两个横向臂部4、5、第一横向偏移的足部 6、7以及第二足部8、9，所述第二足部继而以成阶梯的方式偏离第一足部6、 7。紧固配件2的几何形状优选与相关梯形桁条12的几何形状相匹配，从而 确保接纳部分3与桁条12的相关基础表面13之间平坦接触、紧固配件2的 臂部4、5与桁条12的臂部14、15之间平坦接触，以及紧固配件2的第一 足部6、7与桁条12的相关足部16、17之间平坦接触。在这方面，具体参 考图2c和图3c。

根据本实施例的紧固配件的第二足部8、9优选用于与飞机机身的相关 蒙皮部分20平坦接触。这在图2c和图3c中也具体示出。

在接纳部分3的区域中，所述紧固配件2进一步包括多个注射式金属嵌 件10。这些金属嵌件10用于更好地接纳连接构件，例如，螺钉，所述螺钉 可以与金属嵌件10螺纹啮合，从而连接相应的舱体部件或耦接元件。例如， 出于此目的，金属嵌件10包括内螺纹，对应的紧固螺钉可以与所述内螺纹 可操作地彼此连接，从而安装对应的附件。在注射模制的过程中，优选在对 应的注射模中对金属嵌件10进行预定位，随后将模制材料倒在金属嵌件10 的周围。这样便将金属嵌件10稳固地注射到紧固配件2的接纳部分3中。 单独金属嵌件10的数目和相应布置可以按照需要进行改变并且适用于相应 的应用。根据图1到图3的本实施例，紧固配件2包括总共十个金属嵌件10， 所述金属嵌件各自彼此等距间隔开，并且在轴向上连续布置成两行。例如， 四个金属嵌件10各自对称布置，并且围绕紧固配件2的材料凹口区域11布 置成正方形。因此，实际上，单独的金属嵌件10各自在管道（tube）中整体 铸造，并且用于为对应的附件提供不同的连接点。例如，金属嵌件10由钢 和/或钛或者类似的硬质材料组成。

如图1所示，紧固配件2优选进一步包括多个三角形加强肋21，所述加 强肋各自从整体铸造的金属嵌件10横向延伸到第一足部6、7最外面的横向 延伸部分。

对于所属领域的技术人员来说，显而易见的是，金属嵌件10、材料凹口 区域11以及加强肋21的几何形状、布置以及数目可以根据需要且以适用于 相应应用的方式进行改变。在这一点上还应注意，如果需要的话，有时可能 会省略第二足部8、9，或者形成这些第二足部8、9，以使得它们更大且横 向延伸得更远，从而确保紧固配件2的第二足部8、9与相关蒙皮部分20之 间具有更大的连接表面。

紧固配件2进一步包括，例如，两个剥离突起22、23，所述剥离突起尤 其在端面上轴向向外延伸，在粘附到相关蒙皮部分20的情况下，所述紧固 配件2朝向飞机的后部定向。因此，剥离突起22、23优选设在紧固配件2 的端面上，该端面的剥离力出现的更为频繁。通过提供剥离突起22、23，可 以有利地防止这种类型的剥离。剥离突起22、23优选设成彼此对称。

紧固配件2优选由热塑性注射模制材料生产而成，例如，由热塑性材料 聚醚醚酮（polyetheretherketone）生产而成，其碳纤维含量约为20%到40%， 具体而言，碳纤维含量为30%。这种材料在航空航天技术中进行了试验和测 试，并且已证实，这种材料在该应用领域中极其有利。紧固配件2优选设计 用于达到1吨的中等负载。舱体配件进行水平设计，以用于迫降的情况，尤 其是在重力加速度系数为9的情况下。

在使用碳纤维含量约为30%的热塑性材料聚醚醚酮的情况下，例如，紧 固配件2可以具有185N/mm²的抗拉强度、21,000N/mm²的抗拉弹性模量、 280N/mm²的抗弯强度以及14,000N/mm²的抗弯弹性模量。这种类型的紧固 配件2的热变形温度约为310°C。

借助于上述用于生产紧固配件2的注射模制技术，可以生产出适用于力 流并且具有精致的加强肋21以及专门提供的材料凹口区域11的配件，这在 铣削或层压部分的情况下成本基本上较高。另外，由于注射模制技术，根据 本发明的紧固配件2可以生产成具有极小的壁厚度，从而可能有利地额外减 轻重量。例如，可以生产出具有约65g的较轻重量的这种类型的紧固配件2。 所属领域的技术人员明白，上述的量仅是示例性的，并且当然可以根据相应 的应用而改变。

出于减轻重量的目的，紧固配件2优选包括较薄的层厚度，如上文所述 用于设立边界的此类管道仅设在金属嵌件10的区域中，近似为三角形的加 强肋21从所述管道侧向延伸。

紧固配件2的帽形结构优选与对应的梯形桁条形状相匹配，从而针对预 期的粘接过程确保紧固配件2适形且平坦地安装在相关桁条12上，其中在 每种情况下，第一足部6和第二足部8以及第一足部7和第二足部9以成阶 梯的方式布置在紧固配件2的每一侧上。

如图2c和图3c所示，借助于弹性粘合剂接缝25，紧固配件2优选牢固 地粘接到梯形桁条12的相关部分以及蒙皮20的对应相关部分。

例如，弹性粘合剂接缝25成型为柔性填隙弹性粘合剂接缝，例如，可 以由PUR、BU、EP、EPDM或类似物制成。优选使用由BU组成的易于溶 解的弹性粘合剂，或者非常耐用的经过弹性处理的环氧粘合剂EP。因此，可 以补偿待粘接的部件之间的任何扩展和限制，并且还可以确保阻尼功能。取 决于材料，弹性粘合剂的拉伸剪切强度应约为5N/mm²到10N/mm²，换言之， 例如，100mm×100mm的粘附表面应传输约5t到10t的负载，同样对于针 对1吨负载设计的紧固配件而言，这代表足够大的估算余量。

这种类型的弹性粘合剂接缝25还确保隔音和绝热，以及在有机械负载 情况下，确保上述阻尼功能。另外，在这种类型的弹性粘合剂接缝25的情 况下，有利的是，注射模制和CFRP环境中没有发生接触腐蚀。所使用的弹 性粘合剂优选适用于预期使用领域中的具体要求，因此，适用于使用寿命和 特种液压工作油抗性。所使用的弹性粘合剂接缝的层厚度可以约为1mm到 2mm厚。

根据另一项优选实施例，在将紧固配件2粘接到相关桁条部分的过程中， 可以优选在配件2的纵向上并入金属线嵌件（未图示），从而在必要时能够 随后以简单且符合成本效益的方式再次释放粘合剂接缝，并且将紧固配件2 从相关桁条和/或相关蒙皮部分移除，且有可能置换所述紧固配件。例如，该 金属线嵌件由厚度约为0.3mm的钢丝组成。所述金属线嵌件可以优选在两 个自由金属线端包括有适当的拉片或驱动片，借此，使用者可以使用他/她的 手指来相应地拉动所述金属线嵌件穿过粘合剂接缝并且释放所述接缝。为 此，所述金属线嵌件优选在紧固装置1的两个端面处沿纵向从粘合剂接缝中 延伸出来，从而提供了具有上述拉片或驱动片的两个自由金属线端。

下文将参考图4到图8来简要描述一些实施例。然而，对于所属领域的 技术人员显而易见的是，给出的实施例不应被理解为排他的，事实上，上述 紧固配件2以及所述紧固装置1可以用于任何能够构想出的应用。

图4以实例示出了第一应用，所示紧固配件2以简化的方式示出，并且 在几何形状上不同于上述紧固配件2。然而，图4所述的紧固配件可以形成 为类似于上述紧固配件2。上述说明类似适用于下文描述的图6到图8。

例如，电缆载体26根据图4生产成铣削部分，或者根据图5生产成中 空的注射模制部分，所述电缆载体借助于包括金属嵌件10的对应连接孔27 或者其他紧固孔而用螺钉连接到对应的紧固配件2。在这种情况下，电缆载 体26的连接孔27优选设置成使得所述连接孔与金属嵌件10的对应螺纹部 分对齐，或者当电缆载体应用到紧固配件2时，与配件2中专门设置的紧固 孔对齐，其中所述紧固配件2粘接到桁条。因此，可以采用简单的方式使电 缆载体26与紧固配件2之间进行螺钉连接。

其他耦接件也可以直接用螺钉连接到紧固配件2上，例如，眼部配件或 用于吸收X方向上的拉力的X负载紧固元件28等。例如，用于承载储藏室、 饰面部分等的承载杆可以设在眼部29中的这些X负载紧固元件28上，所述 眼部就是为此而设置的。

图7以阻尼元件30为示例的方式示出了耦接元件，对应的附件继而耦 接到此阻尼元件30。

关于将X负载紧固元件28和阻尼元件30紧固到相关紧固配件2，参考 就图4进行的说明。

图8是进一步实施例的透视图，在这种情况下，连接元件形成为具有两 个载体足部（carrier feet）的横向电缆载体桁材31。为此，电缆载体桁材31 的足部各自都用螺钉连接到紧固配件2。

对于所属领域的技术人员显而易见的是，如果在相应的应用中比较合 理，那么相应附件可以同时附接到任何数目的紧固配件2上，或者多个附件 或耦接元件也可以附接到一个紧固配件2上。

虽然本文参考优选实施例来描述本发明，但本发明并不限于此，而是可 以按多种方式进行修改。

因此，本发明提供一种紧固装置，借助于该紧固装置，附件可以简单且 符合成本效益的方式附接到由CFRP材料组成的相关桁条上，从而所述附件 可以按照需要进行改装或移除以及置换。通过将由热塑性注射模制材料生产 成的紧固配件与所提供的弹性粘合剂接缝相结合，有可能生产出紧固装置， 所述紧固装置的结构重量较轻，并具有灵活且随后可以改变的布置，从而可 以充分地吸收飞机区域中产生的相应力。因此，即使在售后也可以进行改装， 而且在舱体配置不同于批量生产的情况下，在VIP区域或者专门的头等区域 中，可以简单且符合成本效益的方式提供多种专用设备。

参考编号列表

1    紧固装置

2    紧固配件

3    接纳部分

4    臂部

5    臂部

6    第一足部

7    第一足部

8    第二足部

9    第二足部

10   金属嵌件

11   材料凹口区域

12   桁条

13   基础表面

14   臂部

15   臂部

16   足部

17   足部

20   蒙皮部分

21   加强肋

22   剥离突起

23   剥离突起

25   弹性粘合剂接缝

26   电缆载体

27   连接孔

28   X负载紧固元件

29   眼部

30   阻尼元件

31   电缆载体桁材