用于生產卡扣連接系統的連接構件的方法與流程

本發明涉及一種用于生產卡扣連接系統的連接構件的方法，其特別地用于在航空領域中改善結構部件之間的連接。

盡管本發明和在此處理的問題適用于連接非常不同的結構部件、元件和/或者結構的各種應用，它們將在關于將客機的元件緊固在一起的方面被詳細地描述。

背景技術：

現代客機包括必須以可釋放或不可釋放的方式被彼此緊固和/或緊固于客機的結構的多個結構部件和元件。例如，所述結構部件和元件能通過相應的緊固或保持裝置在預定的位置中被緊固于客機的主體結構或者被緊固于客艙內側。為了提供高度復雜的現代航空器的技術基礎設施，通常需要附接數千種不同的緊固件。

卡扣連接是用于以快速且不復雜的方式連接結構部件的特別巧妙的解決方案，其利用了特定材料的彈性，例如，該特定材料為塑料材料。在這方面，通常設置兩個連接構件，即，鎖扣構件和形狀互補的對應鎖扣構件。這兩個連接構件被放在一起，以便互相抵靠鎖定，兩個構件中的至少一個暫時彈性形變，并且隨后彈回，使得連接構件以有效(形狀配合)的方式互相接合。例如，鎖扣構件可以為彈性鎖扣臂或者鎖扣鉤，并且對應鎖扣構件被設置為形狀互補且剛性的插槽。

在熔融沉積成型(FDM)期間，由可熔塑料材料一層一層地產生了例如保持件或連接構件的物體。因此，FDM是生產制造方法組的一部分，通常也被稱為“3D打印方法”，其中，從物體的數字化幾何模型著手，起始原料以層狀被順序地一個堆疊到另一個的頂部上，并且固化。3D打印方法目前被廣泛地使用于工業產品開發中，其中，資源節約型工藝鏈被使用于基于需求的個性化結構部件的小規模和大規模批量生產。

技術實現要素：

在此背景下，本發明的目的是提供一種簡單的方法，通過該方法，卡扣連接系統能被生產為重量輕且在負載方面被優化。

根據權利要求1的特征的本發明來實現該目的。

因此，提供用于生產卡扣連接系統的連接構件的方法。該方法包括熔化且擠壓可固化模型材料的步驟。該方法還包括由模型材料逐層地構造且依次固化作為鎖扣構件的一個連接構件以及作為對應鎖扣構件的一個連接構件。在這方面，鎖扣構件被形成為具有鎖扣頭，并且對應鎖扣構件被形成為具有鎖扣槽，鎖扣槽具有與鎖扣頭互補的形狀。鎖扣構件和/或對應鎖扣構件至少部分可彈性變形，以便通過將鎖扣頭推到鎖扣槽中在鎖扣構件和對應鎖扣構件之間產生卡扣連接。

在本發明的后面的構思包括以逐層和自動的方式產生用于卡扣連接的連接構件。該構思基于這樣的知識：當構造結構部件時，層的特定的定向能影響完全固化的結構部分相對于負載應力的機械特性。因此，即使所述結構部件的最終幾何形狀設計被固定，特定的塑料結構部件能通過以不同的方式疊層單個層來產生。例如，即使單層在結構部件被固化時被互相連接以形成整體的物體，在單層之間的接觸表面的接觸面積決定了單層的粘附性，并且最終確定在拉伸或彎曲應力下的完成的結構部件的剛度。廣泛地說，每層到相鄰層的粘附表面越大，層越不容易變得分離。

通過使用依次逐層生產工藝，結構部件的幾何形狀和最終重量能適用于所設想的技術使用和負載。該生產制造工藝允許了用于結構部件和元件的高效、節約材料和省時的生產工藝。這在航空航天業是特別有益的，因為，在該工業中，適用于非常明確的目的的各種各樣的保持件和結構部件被使用，其能如此被低成本地生產，并且生產周期短，并且能在保持組裝簡單的同時被附接。除了被使用于多種傳統的緊固裝置和/或改善多種傳統的緊固裝置，根據本發明產生的卡扣連接能替代例如標準夾持系統、螺釘和螺栓連接和/或者傳統卡扣連接。

參考附圖，有益的實施方式和改進在進一步的從屬權利要求中和描述中被列出。

根據改進，模型材料能分層，以便大致遵循在產生鎖扣連接時、當鎖扣構件被推入到對應鎖扣構件中時在鎖扣構件和/或對應鎖扣構件中產生的鎖扣構件和/或對應鎖扣構件的負載應力。因此，根據在連接中的關于預期應力負載方面的各自的需要，模型材料的單層的特定的布置或定向能基于特定的具體幾何設計被有益地優化。例如，層的優選的定向提供了能使用基于卡扣連接系統的數字模型的計算機仿真和優化算法確定的在剛性和彈性之間的良好的平衡。

根據改進，模型材料能至少部分大致垂直于或平行于負載應力地分層。

根據改進，鎖扣頭能被形成為卡合鉤、卡合銷、卡合球或卡合柱。在該改進中，鎖扣槽能相應地為互補的形狀。

根據改進，鎖扣頭能被形成為卡合鉤，其在產生卡合連接時承受彎曲或扭轉。

根據改進，鎖扣頭能被形成為具有主彎曲方向的卡合鉤。模型材料能被大致平行于或垂直于鎖扣頭的主彎曲方向地分層。

根據改進，鎖扣頭能被形成為卡合鉤，其具有主彎曲方向和副彎曲方向。模型材料能至少部分大致平行或垂直于鎖扣頭的主彎曲方向和/或副彎曲方向地分層。

根據改進，鎖扣頭能被形成為矩形的卡合鉤。主彎曲方向能被定向為垂直于副彎曲方向。

根據改進，該方法可包括熔融沉積成型工藝。在本發明的上下文中的熔融沉積成型(FDM)包括的工序有：基于三維物體的數字化表達，通過擠壓熱的流體材料且通過將材料成層地沉積在之前的沉積材料上，三維物體被形成。在這種情況下，通過冷卻，沉積材料與之前使用的材料結合并且固化，以便它形成整體的物體。

根據本發明的進一步的方面，能提供計算機可讀工具，計算機可執行指令被存儲于計算機可讀工具上，當其通過數據處理裝置被執行時，促使數據處理裝置實施根據本發明的方法。

上述實施方式和改進能在適當的情況下根據需要彼此結合。本發明的進一步的可行的實施方式、改進和實施方案還包括上述的或者在下面參考實施方式描述的未明確提及的本發明的特征的組合。特別地，在該工藝中，本領域的技術人員還可添加個別方面作為本發明的各自的基本形式的改進或補充。

附圖說明

參考示意圖中所示的實施方式，將在下列更詳細地描述本發明，其中：

圖1a、1b、1c是使用根據本發明的實施方式的方法生產的卡扣連接系統的示意性的剖視圖；

圖2a、2b是根據本發明的兩個不同的實施方式的來自圖1a的卡扣連接系統的鎖扣構件的示意性的剖視圖；

圖3a、3b分別是根據本發明的另一實施方式的卡扣連接系統的對應鎖扣構件的示意性的剖視圖和前視圖；

圖4a、4b、4c是使用根據本發明的進一步的實施方式的方法生產的不同的鎖扣構件的示意圖；以及

圖5是根據本發明的另一實施方式的生產卡扣連接系統的方法的示意性的流程圖。

附圖標記列表

1 連接構件

1a 鎖扣構件

1b 對應鎖扣構件

2 鎖扣頭

3 鎖扣槽

4 卡扣連接

5 主彎曲方向

6 副彎曲方向

7 層

10 卡扣連接系統

M 方法

M1 方法步驟

M2 方法步驟

M3 方法步驟

附圖旨在提供本發明的實施方式的進一步的理解。它們與描述一起示出了實施方式、說明了本發明的原理和概念。其他實施方式和許多提及的益處都被顯示在圖中。附圖的構件不需要別按相對于彼此的實際比例地示出。

具體實施方式

在附圖中，除非另有說明，在每種情況下，相同、功能性相同及操作性相同的部件、特征和元件被設置有相同的附圖標記。

圖1a、1b和1c是使用根據本發明的實施方式的方法生產的卡扣連接系統的示意性的剖視圖。

在圖中，附圖標記10示出了卡扣連接系統，在每幅圖中，其包括兩個連接構件1，即鎖扣構件1a和對應鎖扣構件1b。每個鎖扣構件1a被形成為具有鎖扣頭2。對應鎖扣構件1b包括鎖扣槽3，鎖扣槽3相應被形成為以便與鎖扣頭2互補。在圖1a中的鎖扣頭2被形成為鉤件，在圖1b中的鎖扣頭2被形成為球接頭，并且在圖1c中的鎖扣頭被形成為銷。在圖1a中的鉤狀的鎖扣頭2被設計為垂直于其軸線地有彈性，使得鎖扣頭2通過被推入到鎖扣槽3中向下彎曲，以在卡扣槽3中的凹槽中扣回。由于鎖扣頭2和鎖扣槽2之間的相互作用，從而在鎖扣構件1a和對應鎖扣構件1b之間產生鎖扣連接4。可選地或額外地，對應鎖扣構件1b原則上也可以為可彈性變形的。圖1b和1c示出了卡扣連接系統10的兩個實施方式，卡扣連接系統10包括可彈性變形的對應卡扣構件1b。在兩個例子中，鎖扣頭2是剛性的。當鎖扣頭2被推入到對應的鎖扣槽3中時，為了建立卡扣連接4，鎖扣槽3的外壁部被向外擠壓(由圖1b中的箭頭和虛線顯示)，直到鎖扣頭2被互補地鎖定到位于在鎖扣槽3中。原則上，在所有的三個實施方式中產生在鎖扣頭2和鎖扣槽3之間的形狀配合。然而，這僅為示例；原則上，鎖扣頭2和/或鎖扣槽3還可以非彈性的方式變形。在這種情況下，可制成不可釋放的卡扣連接4。

圖2a和2b是來自圖1a的根據本發明的兩個不同的實施方式的卡扣連接系統10的鎖扣構件1a的示意性的剖視圖。

使用熔融沉積成型方法M來生產兩個鎖扣構件1a，其中，可熔塑料材料通過增加其溫度被熔化且擠壓。液態塑料材料隨后被一層層地順序地施加于基板，并且因此鎖扣構件1a以逐層的方式被構造。在該階段，塑料材料冷卻下來且變硬，并且因此一個位于另一個的頂部上的塑料層連接以形成整體的結構部件。在圖2a中，附圖標記7示意性地示出了單層。盡管圖2a中的層7被布置為與鎖扣構件1a和鎖扣頭2的縱向方向平行，在圖2b中，它們被定向為與所述縱向方向垂直，即，在鎖扣構件1a被推入到對應的對應鎖扣構件1b中時彎曲應力/拉應力作用的(主)彎曲方向5上。根據層7的方向，隨后需要在熔融沉積成型方法M期間提供臨時支撐結構。例如，在圖2b中的實施方式能被從鎖扣構件1a的基部區域(圖2b的左手側)開始至頭端部(圖2b的右手側)地印制(在因此旋轉90度的基板上)。相比之下，對于在圖2a中的實施方案，需要從下方支撐鎖扣頭2或鎖扣構件1a。

根據應用或需求，層7的特定方向可為期望的或有益的。例如，在圖2a中的實施方式通過高抗彎剛度區別，而在圖2b中的實施方式的生產特別簡單，而不需要支撐結構等。

圖3a和圖3b分別是根據本發明的另一實施方式的卡扣連接系統10的對應鎖扣構件1b的示意性的剖視圖和前視圖。

與圖2a和2b一樣，在該實施方式中，層7的方向也被示意性地示出。一般來說，例如，可有益的是，如果層7的方向被以對應于預期的負載應力的方式地布置，將結構部件設計為相對于該負載盡可能地硬，或者能夠以目標方式實現特定的變形。因此，在圖3a和3b的例子中，優選的是，層7被定向為與對應鎖扣構件1b的縱向軸線平行。除了在鎖扣構件1a和對應鎖扣構件1b之間的形狀配合連接，摩擦連接也是可行的，其中，在組裝期間的兩個元件中的至少一個元件的變形不會以彈性的方式“扣回”，而是永久地抵靠對應構件。

圖4a至4c是使用根據本發明的進一步的實施方式的方法M生產的不同的鎖扣構件1a的示意圖。這些附圖以示例的方式示出了來自圖2b的鎖扣構件1a的改進。例如，這些改進旨在證明，能夠補償可被認為是不利的根據圖2b的層的方向的性質，但該性質例如在制造方面是優選的。例如，鎖扣構件1a的彎曲負載的耐受度能通過多種措施被提高。而在圖1a、2a和2b中的鎖扣頭在建立卡扣連接4時承受彎曲，圖4a中所示的鎖扣頭2承受扭轉(由箭頭所示)。處于該目的，鎖扣頭2位于兩個橫向支桿之間的窄橋上。在鎖扣頭2的基部的最大彎曲負載從所述基部被移除，并且在一定程度上被帶至橋中。然而，所示的實施方式僅以示例的方式被給出，并且本領域的技術人員應該能以顯而易見的方式實現起到相同功能的實施方式。可選地，圖4b的實施方式設置有，鎖扣頭2具有副彎曲方向6。為了鎖定到卡扣連接4中，鎖扣頭或鎖扣構件1a因此必定不能彎曲得如在圖1a、2a和2b中的實施方式中在主彎曲方向5上那么彎。

圖4示出了設計鎖扣頭2的另一選擇，其通過將鎖扣構件1形成為矩形卡合鉤而具有副彎曲方向6，其中，副彎曲方向6與主彎曲方向5平行。

圖5示出了根據本發明的另一實施方式的用于產生卡扣連接系統10的方法M的示意性的方框圖。

在M1，方法包括熔化和擠壓可固化模型材料，例如，塑料材料。在M2，方法包括由模型材料逐層地構造作為鎖扣構件1a的一個連接構件1和作為對應鎖扣構件1b的一個連接構件1。在M3，方法包括依次地固化鎖扣構件1a和對應鎖扣構件1b。

描述的方法能被使用在運輸行業的所有分支中，例如，用于公路車輛、用于鐵路車輛或用于船只，但也廣泛用在土木工程和機械工程中。

在上面的詳細的描述中，不同的特征在一個或多個示例中被概述，以提高描述的說服力。然而，應該清楚的是，上述描述僅用于說明性目的，而不是限制性的。它覆蓋了不同特征和實施方式的所有的替換、修改和等同物。當本領域的技術人員閱讀上面的描述時，基于他們在本領域中的知識，很多其他示例對他們來說即刻顯而易見。

本實施方式被選擇且描述，以為了能夠以最好的方式列出本發明所基于的原理以及其可能的實際應用。結果是，本領域的技術人員能以關于預期用途的最佳方式修改且使用本發明以及其多種實施方式。在權利要求和描述中，術語“包含”和“具有”被用作相應術語“包括”的中性術語。

此外，術語“一”、“一個”(“a”，“an”和“one”)在原則上并不旨在排除多個這樣的描述的特征和元件。