连接元件和用于引入连接元件的方法

文档序号:863254 发布日期:2021-03-16 浏览:9次 >En<

阅读说明:本技术 连接元件和用于引入连接元件的方法 (Connecting element and method for introducing a connecting element ) 是由 迪特尔·基特尔 于 2019-07-01 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种连接元件、特别是热材料锁合凸台,其在压力和旋转的作用下被引入到至少一个构件中、特别是具有空腔的特别是板形的空腔构件中,该连接元件包括包含热塑性合成材料的基本件,该连接元件具有纵轴线并且构造为绕纵轴线旋转,该连接元件具有带工具放置部位的上侧以及背向上侧的下侧,该连接元件在基本件上在上侧与下侧之间延伸的周面上具有由可热活化的可膨胀材料制成的膨胀区段。(The invention relates to a connecting element, in particular a thermal material locking projection, which is introduced into at least one component, in particular a plate-shaped cavity component having a cavity, under the action of pressure and rotation, comprising a base part which comprises a thermoplastic synthetic material, has a longitudinal axis and is designed to rotate about the longitudinal axis, has an upper side with a tool placement region and a lower side facing away from the upper side, and has an expansion section made of a thermally activatable expandable material on a circumferential surface of the base part extending between the upper side and the lower side.)

连接元件和用于引入连接元件的方法

技术领域

本发明涉及连接元件、特别是热材料锁合凸台,其用于在压力和旋转的作用下被引入到至少一个构件中、特别是被引入到具有空腔的、特别是板形的空腔构件中,该连接元件包括包含热塑性合成材料的基本件,其中,该连接元件具有纵轴线并且构造为绕纵轴线旋转,其中,所述连接元件具有带工具放置部位的上侧和背向该上侧的下侧。本发明还涉及用于将这种连接元件引入到具有空腔的特别是板形的空腔构件中的方法。

背景技术

已经由现有技术已知类似的连接元件。例如,DE 10 2014 204 449 A1示出了这种连接元件。此外,DE 10 2015 208 671 A1同样示出了具有权利要求1前序部分特征的连接元件。

这种连接元件特别是应用在飞机制造业中,以便将这些连接元件引入到一个或多个空腔构件中。在同时引入到多个空腔构件中时,可以提供空腔构件彼此之间的连接。在引入到单个空腔构件中时,可以将设置在连接元件上的功能元件紧固在空腔构件上。这样例如已知具有一种中央通道的连接元件,当连接元件被引入到空腔构件中时,该连接元件可以用于线缆或类似物穿过。

空腔构件在此通常包括基层、覆盖层以及设置在基层与覆盖层之间的蜂巢结构。基层和覆盖层有利地由浸泡在环氧树脂中的玻璃纤维垫制成,所述蜂巢结构由浸泡在酚醛树脂中的芳族聚酰胺纤维或纸制成。

当引入现有技术中已知的连接元件时已经表明的是:它们在空腔构件中的紧固在一些情况下是不够的,因而连接元件会重新从空腔构件中脱离。然而恰恰是在飞机制造业中,连接元件的永久牢固的紧固是绝对必要的。另一方面,由于飞机制造业中的经常的大量的连接,需要成本有利的连接元件。

发明内容

因此,本发明基于以下目的:提供一种用于引入到空腔构件中的连接元件,该连接元件可以永久牢固地紧固在空腔构件中,该连接元件应能够成本低廉地制造。

所述目的通过具有权利要求1特征的连接元件得以实现。这种类型的连接元件的出众之处在于:该连接元件在基本件上在上侧与下侧之间延伸的周面上具有由可热活化可膨胀材料制成的膨胀区段。

所述连接元件有利地构造为基本上旋转对称的并且在基本件中在上侧上的区域中具有用于传递扭矩的工具放置部位。由此能够实现的是:沿纵轴线的方向向用于引入到空腔构件中的连接元件施加轴向力并且同时驱动其绕纵轴线旋转。

在引入到空腔构件中时,由于连接元件与空腔构件之间的摩擦产生的热,膨胀区段的可热活化的可膨胀材料可以延伸到空腔构件的蜂巢结构的空腔中,从而可以在空腔构件的覆盖层下方产生额外的侧凹,连接元件通过该侧凹可以牢固地紧固在空腔构件中。

连接元件的第一有利的改进方案设定:在基本件中设置有凹槽,膨胀区段设置在该凹槽中。在此已经被证明特别有益的是:凹槽是环绕的。在此可考虑:凹槽是矩形凹槽或具有半圆形横截面。不言而喻可考虑其它凹槽横截面,其在制造技术上可简单制造。还被证明有益的是:在配送状态中,膨胀区段的表面与基本件的周向表面齐平。有益地,所述凹槽沿纵轴线的方向设置在上部三分之一或上部四分之一中、即朝向上侧的三分之一或四分之一中,使得可以将由可膨胀材料制造的侧凹引入到空腔构件的覆盖层的区域中。

根据连接元件的特别优选的设计方案设定:可热活化材料是热塑性塑料,其包括特别是可热活化的发泡剂。在此可以想到的是:加热时发泡剂升华。

有益地,可热活化的可膨胀材料构造为在热作用下膨胀。因此,可热活化的可膨胀材料可以基于在引入到空腔构件中时产生的摩擦热而膨胀到空腔构件的空腔中。

此外有益的是:设置有金属套筒,该金属套筒设置在基本件中并且与纵轴线同心。有益地,所述套筒具有圆柱形开口或者说孔,使得当连接元件被引入到构件或空腔构件中的情况中,线缆可以穿过所述开口或者说孔。有益地,连接元件沿纵轴线方向具有长度,该长度选择为使得引入到空腔构件中的连接元件完全穿透空腔构件。因为当连接元件被引入到空腔构件中时出现该连接元件的部分熔融,所以可以设定:连接元件的原始长度比空腔构件的厚度大约30%。

金属套筒有利地由铝或不锈钢制成。

连接元件的另一特别有利的改进方案的出众之处在于:金属套筒具有经等离子处理的表面并且至少部分被基本件的热塑性合成材料注射包封。在此特别优选地,套筒的表面是等离子体氮化的。由此可以改进热塑性合成材料在金属套筒上的粘附。作为替代或补充,可以想到的是:套筒具有非圆柱形区域,该区域保护热塑性合成材料中的套筒免受扭转,例如方头或六角头。然而也可以考虑在套筒的表面上设置滚花、加筋和/或加槽。然而,由于套筒的必要壁厚以及方头或六角头的尺寸,筋、槽或滚花的引入以及方头或六角头的使用导致总体上较大的连接元件。表面的等离子处理因此被证明是特别有利的,因为可以使用具有较薄的壁厚的金属套筒。

金属套筒有利地在下侧的区域中被基本件封闭,或者基本件在下侧的区域中具有与连接元件的纵轴线同心设置的开口。如果金属套筒在下侧的区域中被基本件封闭,那么已经证明是有益的是:基本件的下侧在被引入到空腔构件中时被工具、特别是被驱动连接元件的工具刺穿,因而产生沿着纵轴线从上侧到下侧贯穿连接元件的开口。相应地,线缆可以穿过引入到空腔构件中的连接元件的金属套筒。

此外有益的是:基本件的热塑性合成材料是聚酰胺或聚丙烯。在可考虑的是:基本件完全由热塑性合成材料构成。然而也可考虑的是,基本件由热塑性合成材料以及相应份额的玻璃纤维构成。有益地,热塑性合成材料是聚酰胺6、聚酰胺66或聚酰胺666。

根据连接元件的另一特别有利的改进方案设定:连接元件在下侧与周面之间的过渡区域处具有1毫米至2毫米范围内的半径。由于工艺工程的原因,这种半径被证明是特别有利的。

开头所述的目的还通过具有权利要求11的特征的方法得以实现,该方法用于将根据权利要求1至10中任一项所述的连接元件引入到具有空腔的特别是板形的空腔构件中。该方法的特征在于:绕连接元件的纵轴线旋转驱动该连接元件,并且借助工具沿着连接元件的纵轴线向空腔构件的方向施加轴向力,使得可热活化的可膨胀材料由于连接元件与空腔构件之间的摩擦产生的热而特别是膨胀到空腔构件的空腔中。在此可以避免空腔构件的预冲孔。

所述方法的第一有利的改进方案设定:将连接元件如下地引入到空腔构件中,使得在沿连接元件的纵轴线方向引入之后,该连接元件完全穿透空腔构件。

在此已经证明是特别优选的是:连接元件具有金属套筒,该金属套筒设置在基本件中并且与纵轴线同心,其中,线缆在引入之后穿过所述套筒。因此,线缆可以穿过空腔构件。如果使用金属套筒在下侧区域被基本件封闭的连接元件,那么有利地设定:在连接元件被引入时基本件在该连接元件的下侧区域中被工具刺穿,从而产生沿着所述纵轴线从上侧到下侧贯穿所述连接元件的开口。

此外有益的是:工具向连接件施加在约800牛顿至约1200牛顿范围内的、优选约1000牛顿的轴向力。

连接件有益地由工具以在约4000转/分至约6000转/分范围内的、优选约5000转/分的转速驱动。

附图说明

在下面的描述中可以找到进一步的细节和有利的改进方案,借助器更详细地解释和描述本发明的不同实施例。

附图中:

图1是沿着根据图5的线A-A穿过根据本发明的连接元件的第一实施方式的剖视图;

图2是沿着根据图5的线A-A穿过根据本发明的连接元件的第二实施方式的剖视图;

图3是沿着根据图5的线A-A穿过根据本发明的连接元件的第三实施方式的剖视图;

图4是沿着根据图5的线A-A穿过根据本发明的连接元件的第四实施方式的剖视图;

图5是图1至4所示的根据本发明的连接元件的俯视图;

图6是根据现有技术的连接元件引入到空腔构件中时的示意图。

具体实施方式

图1至4示出了根据本发明的连接元件10的各种实施例沿着根据图5的线A-A的剖视图。在此,相应的元件由相应的附图标记标识。

由现有技术已知图6示意性示出的也称为热材料锁合凸台的连接元件10,其构造为在压力和旋转的作用下被引入到具有空腔12的板形的空腔构件14中。

连接元件10设计为基本上旋转对称的并且具有包含热塑性合成材料的基本件16。连接元件10还具有纵轴线18并且设计为绕该纵轴线18旋转。连接元件10具有带用于传递扭矩的工具放置部位22的上侧20以及背向该上侧20的下侧24。

这种连接元件10特别是应用在飞机制造业中,以便将它们引入到一个或多个图6所示的空腔构件14中。如在图6中可以清楚地看到的那样,空腔构件14通常包括基层26、覆盖层28以及设置在基层26与覆盖层28之间的蜂巢结构30。基层26和覆盖层28有利地由浸泡在环氧树脂中的玻璃纤维垫制成,其中,所述蜂巢结构30由浸泡在酚醛树脂中的芳族聚酰胺纤维或纸制成。

为了引入到空腔构件14中,该连接元件10借助在工具放置部位22处的工具32沿箭头34的方向被旋转驱动并且被加载沿着纵轴线18向空腔构件14的方向、即沿箭头36的方向作用的轴向力。如在图5中可以清楚地看到的那样,图1至5示出的连接元件10的工具放置部位22包括三个偏心设置的盲孔33。

当引入图6所示的由现有技术已知的连接元件10时,已经表明的是:它们在空腔构件14中的紧固在某种程度上是不够的,因而连接元件10部分地重新从空腔构件14中脱离。

因此,图1至图5所示的根据本发明的连接元件10在基本件16上的在上侧20与下侧24之间延伸的周面38上具有由可热活化的可膨胀材料制成的膨胀区段40。为此,在基本件16中在面向上侧20的上部四分之一的区域中设置有环绕的凹槽42,在该凹槽中设置有膨胀区段40,使得膨胀区段40的表面44在配送状态中与基本件16的周面38齐平。

可热活化的可膨胀材料构造为在热作用下膨胀。可热活化的材料是包含可热活化的发泡剂的热塑性合成材料。在此可以想到的是:加热时发泡剂升华。基本件16的热塑性合成材料是聚酰胺(聚酰胺6、聚酰胺66或聚酰胺666)或聚丙烯。在此可考虑的是:基本件16完全由热塑性合成材料构成。然而也可考虑的是:基本件16由热塑性合成材料以及相应份额的玻璃纤维构成。

在引入到空腔构件14中时,膨胀区段40的可热活化的可膨胀材料由于连接元件10与空腔构件14之间的摩擦产生的热而可以膨胀到空腔构件14的蜂巢结构30的空腔12中,使得在空腔构件14的覆盖层28下方会产生额外的侧凹,连接元件10通过该侧凹可以牢固地紧固在空腔构件14中。在引入到空腔构件14中时,连接件10被工具32施加在约800牛顿至约1200牛顿范围内的、优选约1000牛顿的轴向力并且被以在约4000转/分至约6000转/分范围内的、优选约5000转/分的转速驱动。

图1至图5示出的连接元件沿纵轴线18的方向具有长度46(为了清楚起见,在图6中标记),该长度被选择为,使得引入到空腔构件14中的连接元件10完全穿透空腔构件14。因为当连接元件10被引入到空腔构件14中时出现该连接元件10的部分熔融,所以连接元件10的原始长度46比空腔构件14的厚度48大约30%。

由于工艺技术的原因,图1至4所示的连接元件在下侧24与周面38之间的过渡区域处具有1毫米至2毫米范围内的半径50。

图1所示的连接元件10在基本件16中仅具有一个与纵轴线18同心设置的通孔52。

图2至图4中所示的连接元件具有金属套筒54,该金属套筒与纵轴线18同心地设置在基本件16中并且被基本件16的热塑性合成材料至少部分注射包封。在当前情况下,金属套筒54由铝制成。然而也可考虑的是:金属套筒54由不锈钢制成。

为了防止相对基本件16的热塑性合成材料扭转,图2所示的金属套筒54具有方头或六角头56。然而也可考虑的是:在套筒54的表面58上设置滚花、加筋和/或加槽。

图3和图4示出的金属套筒54具有通过等离子氮化进行等离子处理的表面58。由此可以改进热塑性合成材料对金属套筒54上的粘附。图3和4所示的连接元件的金属套筒54也具有圆柱形的开口或者说孔60,使得当连接元件10被引入到空腔构件14中时,线缆可以穿过所述开口或者说孔60。

图2和3所示的连接元件10的基本件16具有开口62,该开口与连接元件10的纵轴线18同心设置。在图4所示的连接元件10中,金属套筒54在下侧24的区域中被基本件16封闭。如果金属套筒54在下侧24的区域中被基本件16封闭,那么基本件16的下侧24在被引入到空腔构件14中时必须被驱动连接元件10的工具32刺穿,从而产生沿着纵轴线18从上侧20到下侧24贯穿连接元件10的开口。然后相应地,线缆可以通过金属套筒54穿过空腔构件14。

总的来说,可以提供用于将连接元件10永久牢固地紧固在空腔构件14中的成本低廉的可能性。

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