连接柔性粘合(等电位)连接层的导体的方法,以及压接工具、连接器和装有这种连接器的线束层

摘要

本发明的一个目的是提供一种可重复进行的、均匀和可靠的对导体线束层的中间和端部进行连接的方法线束层。为此，本发明通过在压接区连续和均匀施加压力而对连接器中导体进行同时压接。在实施方式中，根据本发明的压接采用一种由两个壳体(21s,21i)组成的工具来进行，每个壳体带有构成内表面(F1)的主壁(P1)，该内表面上设有横向加强筋(N1,N2,N3)。每个壳体(21s,21i)还带有端部边缘(B1)，其相对于壁(P1)垂直折叠以形成内空间(E1)。在该空间(E1)内，引入了非绝缘导体(51)的连接器(32)，这些非绝缘导体相对于加强筋(N1,N2,N3)而垂直布置，以便通过在连接器(32)的壁(32s,32i)上压制(Ps)加强筋(N1,N2,N3)而形成横向沟槽。本发明在带有复合材料蒙皮的飞机客舱回流网上使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种连接柔性等电位连接层的非绝缘电导体的方法，以便连接金属 部件，特别是新一代飞机电流回流网络(current return network)的部件，所述新一 代飞机使用由复合材料制成的蒙皮。本发明还涉及可实施这种方法的压接工具 (crimping tool)，这种导体的端部连接器和中间连接器，以及带有柔性等电位连接 层的线束层(wiring loom)，所述连接层上设有这种连接器，以便将这种导体层连接 到所述回流金属部件上。

背景技术

这种新一代蒙皮的复合材料包括基于碳纤维的非均质材料。传统上，电气互连 的功能都是通过老一代铝蒙皮来进行的。飞机制造商将这种蒙皮用于用电设备 (consumption equipment)的电流回路，用于将所有金属部件置于相同电位上，用 于电气设施的电磁兼容性防护和用于雷电流(间接和诱导)以及静电荷流。

本发明还用在要求将电流置于等电位状态以使电气流通的任何结构或建筑物 上，特别是(但不完全是)用于带有复合材料蒙皮的飞机客舱机身上。

复合碳材料的导电性较差，不能很好地承受焦耳效应产生的加热作用。因此， 为了确保上述功能，这种涂层不能使用。

为了在复合材料结构蒙皮飞机上实现电气互联功能，已经设计了一种结构，这 种结构由金属制成的部件组成，以便形成电网。通常，这种电网由三个沿飞机机身 延伸的纵向网络构成。参照图1所示客舱横截面，碳材料飞机蒙皮5呈曲壁形式， 其上固定有三部分回流网10：上纵向部分10s、中央纵向部分10m，和下纵向部分 10i。

回流网络的上部分10s包括中央支架11和金属横向支架12。中央支架11安装 电缆和技术硬件，而横向支架12则支撑行李舱。

中央部分10m由金属横构件14组成，在该横构件上装有旅客座椅金属导轨15。

下部分10i包括另一个金属横构件16，用来支撑金属货物导轨18。结构金属连 接杆19连接中央金属横构件14和下金属横构件16。

上、中和下部分通过碳纤维复合材料的横向结构框架20实现相互连接。在该碳 纤维框架20上，柔性线束层30将上部分10s的支架11和12连接到中央横构件14 上。

在图1所示布线示例中，线束层30包括两个端部连接器32和一个中间连接器 34，端部连接器32固定到中央支架11和中央横构件14上，中间连接器34固定到 横向支架12上。线束层30由导体平面层50与连接器32和34共同组成，该导体为 非电气绝缘，且由铝股线线芯构成。这种线束层允许在狭窄空间内布线，例如，在 碳纤维框架20和客舱耐热(thermophonic)防护板或衬板之间的空间。

为此，形成了一种电网网格，以增加使用可靠性。

这种网格的其中一个关键之处是中间连接器34和端部连接器32的制作方式， 以便实现在铝导体层50和构成飞机回流网10的金属结构件之间的连接。

传统上，导体连接都是采用铝电缆接线端子和延伸件，或接地模块来制作。然 而，这些接线端子、延伸件或接地模块都不允许采用非绝缘多股铝导体制作能重复 进行、均匀、流体密封和可靠的连接部分，以低成本使重量达到最小的目的。特别 是，在航空领域，重量、各种力的均匀分布，以及成本等这些方面都是极为重要的。

特别是，现有的解决方案使得导体的各种力和连接阻力不能独立而均匀地同时 分布。此外，这些连接部分必须能够易于与回流网金属结构件接合。此外，使用已 知的压接工具无法进行几个导体的均匀压接，这些工具通常由冲头和凹模或几个冲 头结合而成，这些冲头完全相对布置，以便逐个压接每个导体。此外，对于多个电 气上非绝缘的铝合金导体来讲，已知的连接器并不能确保可靠而持久密封，所述密 封只能通过接线端子或接地模块的连接使用电缆绝缘套管来保证。

发明内容

本发明的一个目的是对线束层的中间和端度连接提供一种线束层可重复进行 的、均匀的、流体密封和可靠的连接，该线束层具有以上所述类型的导体层。为此， 本发明提出了通过在压接区内连续均匀施加压力来同时压接连接器中的各个导体。

特别是，本发明涉及一种通过将压接至连接器上从而等电位连接到金属部件上 的连接方法。这些电导体构成平面及柔性层，且位于在每个连接器的两个平面壁 (planar wall)之间形成的各个纵向和平行单元内。然后，通过同时横向冲压连接器 的至少一个壁而将这些导体压接在压接区内。在所述至少一个连接器的壁上，以及， 通过载荷转移，而在每个导体上，该横向冲压形成至少一个对应的横向沟槽线。

根据优选实施方案方式：

-通过加强筋在连接器的至少一个壁上的均匀压制来进行冲压；

-所述冲压交替进行，以便交错形成横向沟槽，从而在连接器内形成导体的起 伏走向；

-加强筋和对应的沟槽是圆柱形的。

本发明还涉及一种压接工具，其包括两个壳体，每个壳体带有构成内表面的主 壁，该内表面上设有至少一个横向加强筋，每个壳体还带有端部边缘，该边缘相对 于壁而垂直折叠，以便形成内空间。在该空间内，可以引入相对于加强筋垂直排列 的导体的连接器，从而可通过上述压接方式来实施所述连接方法。

优选地，该压接工具包括壳体内表面上的两个加强筋，和在另一个壳体内表面 上，且与另外两个加强筋之间插装排列的加强筋，该另一个壳体在压接作业期间设 置在对面。

本发明还涉及一种多点模块连接器，用来将一层平行导体连接到金属回流部件 上。该连接器包括内部纵向单元，用来置放导体，所述单元由纵向延伸的两个内壁 表面形成。导体的至少一个压接沟槽横向延伸过至少一个内壁表面。该连接器还包 括连接到金属回流部件的装置，所述装置固定在至少一个在所述壁(32s,32i；34s, 34i)内形成的开口上。

根据优选实施方式：

-连接器是一种端部连接器，在该连接器中，盲单元在横向表面的端部处开放；

-然后，固定装置设置在与所述单元的输出表面不同的端部处，具体是在与该 输出表面相对的端部处；

-连接器是一种中间连接器，在该连接器中，单元是贯通单元，并在两个横向 表面的端部处开放；

-连接装置布置在连接器的各个壁的中央区域内。

根据有利的实施方式：

-连接器由低电阻铝合金制成；

-连接器经过表面处理，特别是，通过镍涂层、锡涂层、银涂层等进行处理， 以便对要连接的相应部件通过采用紧密连接来增强的方式而形成组件，以防止电化 学腐蚀；

-单元端部表面进行倒角处理，方便了导体的插入；

-连接到所述层上的和连接到需要连接的部件上的中间连接器，在该层的任一 位置处，被插入到两个端部连接器之间。

-端部连接器和中间连接器的厚度几乎与导体直径相同。

本发明还涉及能够连接金属回流部件的连接线束层。该线束层包括构成平面和 柔性层的平行导体，用来连接到所述金属部件上的上述端部和中间多点模块连接器， 以及覆盖所述层和该层与连接器之间的连接部分的罩壳。

根据具体实施方式：

-每个导体包括多个装配在芯线内的基本铝股线，导体通过连接部位彼此装配 在一起，这些连接部位相对于导体垂直布置并沿该层分布；

-罩壳采用PVF(聚氟乙烯)材料或PTFE(聚四氟乙烯)材料制成；

-罩壳包括流体密封的柔性绝缘膜，用来覆盖导体层和涂有流体密封材料的热 收缩套管。

附图说明

从通过附图给出的如下详细说明中，本发明实施的其它方面和特征就会显现出 来，附图如下：

-图1为飞机客舱的局部横向剖面图，所示为根据现有技术的线束层的示例(上 文已经介绍)；

-图2a至图2c为正面图和剖面图，所示为沿根据本发明的端部连接器示例的 II-II和II'-II'线剖开；

-图3a至图3c为侧视图和上视图，所示为回流网中根据本发明的端部连接器 示例图；

-图4a至图4c为正面图和剖面图，所示为沿多点中间连接器示例IV-IV和 IV'-IV'线剖开；

-图5为将要压接在连接器内的其中一个层式导体横截面图；

-图6a至图6d分别为用压紧工具压接前的正视图(图6a和图6c)和压接后的 剖面图(图6b和图6d)，所示工具用来将导线压接在根据本发明的连接器内；

-图7a至图7d为压接工具的另一个示例的透视图(图7a和图7b)、正视图(图 7c)和剖面图(图7d)，所示工具用来将导线压接在根据本发明的连接器内；以及

-图8a和图8b为分别使用图7a至图7d所示工具压接导线后的端部连接器的 透视图和剖面图。

具体实施方式

各个附图中所使用的相同的附图标记均是指相同或技术上相等的部件。术语“上 部”“中央”以及“下部”系指标准使用或装配方式下的相对定位。术语“纵向”和“横向” 系指分别在给定方向并沿垂直于该方向的平面延伸的部件，特别是“纵向”系指飞机 机身轴线。

如图2a至2c的正视图和剖面图II-II和II'-II'所示，端部连接器32包括上壁32s 和下壁32i，各个对准单元57在二者之间从侧面32c延伸并延伸过所述侧面的整个 长度。每个单元57都能够容纳导线端，为的是在其整个长度上被压接。在每个单元 57入口处设有倒角57c，在导体51插入其各个单元内时，便于导体插入，并保持导 体51铝股线(图5)的内聚力。这样，可防止一个或多个铝股线留在被压接的单元 的外部。就端部连接器32而言，单元57是盲腔。0

端部连接器32接到金属支架部件11和金属横向部件14(图1)上，用来通过 相应固定件和接口来实现电流回流。围绕固定开口54的电气接触范围54c向外延伸， 以便不会超过因而焦耳效应而预定的加热范围。

所示的端部连接器具有纵向对称轴线X'X，并带有端尖32a，开口54大体位于 该端中心。这种固定接口可以容纳一定角度的弯折或折叠等。根据其它不同方式， 该接口可以是快速断开式，如。转动1/4转等等。

在图3a至图3c的侧视图和上视图示意图中，为快速分解式的连接方式，以便 实现可在(例如)不到10秒内连接/断开。为此，连接方式R1，R2，R3由两部分 形成：不能与端部连接器32分解的连接器部分2，经由开口54取代了连接系统。 端尖32a(图2a)的几何形状局部修改，以便适应快速连接/断开系统的所述部分2。 然后，在回流部件10(图1)上安装互补部分3，该部分装配有在部分2上的螺旋 或夹紧件4。在另一个实施方式中，例如，所述部分2的第一部分由电缆2c(图 3c)构成，并可使用压接装置4c装配在端部连接器32上。

关于中间连接器34，图4a至4c分别示出了正视图和剖面图IV-IV和IV'-IV'。

该连接器包括上壁34s和下壁34i，单元58在两个壁之间延伸过侧面34c的整 个长度。单元58由纵向连续腔室构成，这些腔室穿过连接器34从一侧延伸到另一 侧。这些腔室的端部是倒角部分58c，方便导体进入单元58内。

导体51(诸如图5剖面所示导体)逐个插入单元58内，无需任何切割，从而 增加了接触电阻，提高连接的可靠性。导体在压接区Zs内被压接在单元内，压接区 靠近连接器34的一侧和/或另一侧34c。

中间连接器34与飞机金属部件的接口适合于特种需求。按照这种方式，中间连 接器34可以仅带有一个尖部35，其带有固定开口56，或者，如图所示，带有两个 尖部35，这两个尖部相对于纵轴X'-X'而彼此对称，且带有两个固定开口56。围绕 固定开口56的电气接触56a范围在散热方面得到优化，且通过螺丝或类似部件经由 开口56进行固定。

至于端部连接器，该接口可以容纳一定角度的弯曲或折叠等等。另外，该接合 部位的其它形式可以是快速断开式，如转动1/4转等。有利的是，这些中间连接器 34可使需要连接的设备的回流电缆布置在该设备的最近处，例如，使用图3a至3c 所示R1至R3连接方式，形成分支“T”。

按照这种方式，多点中间连接器34与平面层的接合通过各个单元58内每个导 体的插入和压接来实现。每个导体51由基本铝股线55构成，这些股线装配成芯线， 如图5剖面图所示。示例给出的导体的线规为AWG12，其外径大约2mm。

当某层布置到位时，可以用专用工具将每层的部分切割和压接在连接器32和 34内，从而形成所需要的线束层。该线束层可根据需要制作的安装设施的布局和尺 寸进行调整。特别是，该连接可以调整为适于将要连接的连接部分的电阻系数、过 渡电流或过剩电流、固定部位数量、以及安装设备空间要求和需要连接的部件数量。

连接器的几何尺寸使得其整个重量减少到绝对极小值。特别是，连接器32和 34的壁之间厚度仅仅等于导体51最大直径，但同时仍保持足够的强度，适合应用 各个单元。

有利的是，连接器由电气使用的铝合金构成，因此电阻率低。优选进行连接器 的表面处理(镍涂层、锡涂层等)，以便使该表面的电阻率低，并通过用必须连接的 支架11,12和横向构件14,16的增强方式，在紧密连接的接合处，形成电气连接(参 见图1)。按照这种方式，可消除电气连接区域内电化学腐蚀的风险。

该层也是模块式的，便于其调整：导体51数量、导体横截面、连接器尺寸、中 间连接器数量、层的厚度和宽度等都可以调整。此外，电气和机械连接接口可适合 需要连接的部件。

采用热收缩聚烯烃套管或类似材料确保了端部连接器32和中间连接器34区域 的表面修饰。这种经收缩的外部装饰罩壳，跨接在每个连接器和平面层之间的空间 上，完全覆盖了该连接器/导体的接口，从而在机械上保护压接部分和导体伸出部分。 在另一个示例中，这种外部装饰罩壳通过低压或高压局部包胶模制(overmoulding) 而成。

更具体地说，每个连接器单元内导体51的压接就是通过一种专用工具来进行 的。根据本发明，这种工具向端部连接器32的壁32s和32i(或者在中间连接器34 的壁34s和34l之间)同时均匀地施加压力，为的是通过将连接器材料塑性变形和 移动降到最小而优化了连接方式。有利的是，对压接压力进行控制，从而不会在连 接器32上造成任何破裂。

所有单元57的压接是同时进行的，并在一次作业中完成。压接作业是对导体 51各个股线进行压缩和变形，但不会改变导体的导电材料的等效截面。

基本压接的长度是这样的，为了使导体滑动或从其压接部位退出，必须在导体 51上施加牵引力，该牵引力大于该导体的弹性极限。

有利的是，在压接前，导体股线不会出现脱离。基本压接的电阻小于或等于与 压接部分长度相等的导体长度的电阻。

导体51表面的适当处理(采用镍涂层、锡涂层、银涂层等等)，使得与连接器 实现电化学兼容，而且，这种表面处理也不会因为压接而被破坏。

参照图6a和图6b的正视图和剖视图，根据本发明的压接工具21的示例包括两 个壳体，一个壳体称之为上壳体21s，另一个壳体称之为下壳体21i。每个壳体由构 成内表面F1的主壁P1和垂直于主壁P1向下折叠(至少一个壳体)从而形成内空 间E1的端边缘B1构成。上壁21s的内表面F1设有横向加强筋N1。在准备压接 时，连接器32进入到空间E1内，以便壳体21s和21i布置在需要连接的连接器32 的壁32s和32i的一侧和另一侧，所示为端部连接器。

横向定位的壳体21s的加强筋N1位于导体51的部分51p的大概中间处，所述 部分51p位于单元57处。这种定位也适合压接根据本发明的中间连接器内的导体。

在压接作业期间，向工具21的每个壳体21s和21i上施加相同压力Ps，以便将 两个壳体21s和21i一起移动，直到它们接触到边缘B1，如图6c和6d所示。加强 筋N1同时均匀地进入连接器32的壁32s内，构成了所述壁32s内的横向圆柱形槽 Rc，并通过载荷转移方式，压缩导体51使其变形。

根据压接工具的另一个示例，参照图7a和7b透视图，如上所述，工具22上壳 体22s带有横向加强筋N1。下壳体22i内表面F2带有两个横向加强筋N2和N3。 在这些情况下，当连接器32的导体51被压接时，加强筋N1插装在加强筋N2和 N3之间，如图7c和7d更清楚所示。向壳体22s和22i施加压力Ps可以将加强筋 N1至N3均匀同步地进入连接器32的壁32s和32i中。

如图8a和8b中连接器32的透视图和剖面图所示，在连接器32的壁32s和32i 上形成了沟槽Rc。为了更好地看清下壁32i上形成的两个平行沟槽，在图8a和8b 中所示的连接器32采用了与正常使用方式相反的采用颠倒方式。通过来自沟槽Rc 的载荷转移，导体51各股线55被交替压缩变形，从而呈起伏形状。

压接后，可获得的电气和机械性能水平如下：

-压接部分的电阻值绝对小于长度与压接部分长度相等的导体的电阻。(如上 所述)；

-在给定连接器中，压接部分的电阻彼此相差大约5％，从而防止导体51中电 流非均匀地流动；

-牵引阻力值至少等于导体51的弹性极限值。

本发明并不限于所述和所示实施方式。例如，可以提供混合中间连接器，其一 部分由贯通腔室以及一部分由盲单元构成，用来置放导体。此外，导体优选铝合金 制成，但也可选铜合金或钛合金。