具有密封剂流动路径的帽的制作方法

本发明涉及用于形成围绕紧固件的端部的密封腔的帽。具体地，但非排他性地，本发明涉及防火花帽。本发明还涉及连接装置、组装连接装置的方法、以及包括所述帽和所述连接装置中的至少一者的飞行器。

背景技术：

大型客机通常每年被雷电击中一次或两次，每次雷电击中具有达200,000安培的电流，该电流寻找最小电阻的路径。许多现代客机具有由复合材料制成的外表面，所述复合材料具有非常高的电阻。因此，在外表面中的具有低得多的电阻的许多金属紧固件中的任何金属紧固件处都存在雷电附着的高可能性。在机翼中，这些紧固件中的一些紧固件穿过机翼外蒙皮进入燃料箱中。

图1是紧固件组件的穿过面板1的部分的侧视图，该面板1可以是复合或金属面板。该组件包括紧固件，该紧固件包括带外螺纹的螺栓2、带内螺纹的螺母3和垫圈4。在雷电袭击击中面板1并且附着至紧固件的情况下，在由图1中的附图标记5指示的位置处可能出现火花、等离子体或排气。

已知例如wo2015/025130提供可注射的螺母帽，该螺母帽设置在紧固件的从面板突出的端部上。这种螺母帽设置成形成围绕紧固件的端部的密封腔。设置有内部帽本体，该内部帽本体终止于内部帽边缘，该内部帽边缘环绕通向中央腔的开口。终止于裙状部边缘的环形裙状部在裙状部与内部帽本体之间提供环形腔室，在该环形腔室中设置有可固化的密封材料。然而，未固化的密封材料可能从腔室流出。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种帽，该帽用于形成围绕紧固件的从结构件的表面突出的端部的密封腔，该帽包括：帽本体，该帽本体具有环形基部，该环形基部终止于基部边缘，该基部边缘环绕通向用于接纳紧固件的端部的中央腔的开口，并且该基部边缘围绕环形基部的至少大部分周向部位于基部边缘平面中；环形裙状部，该环形裙状部提供环形腔室，该环形腔室用于在裙状部与环形基部之间接纳密封剂材料；以及偏置构型，该偏置构型构造成使基部边缘形状配合地偏置成抵靠于结构件的表面。

通过这种布置，基部边缘被迫压成与结构件的表面紧密接合，其中，紧固件的端部从该表面延伸。这样，可以使空气和密封剂至中央腔的泄漏减至最少。

环形基部可以包括帽轴线，偏置构型能够径向移位远离帽轴线并且在移位时朝向帽轴线径向偏置。

这样，可以在帽接纳密封剂之前提供偏置力以帮助基部边缘与表面的形状配合的接合。

环形基部的至少一部分可以构造成径向向外地扩张。

环形基部可以作用在偏置构型上以使偏置构型径向向内地偏置。

偏置构型可以包括至少一个突起部，所述至少一个突起部从基部向内延伸到中央腔中，其中，至少一个突起部包括凸轮表面，该凸轮表面布置成抵靠紧固件定位，该凸轮表面以朝向基部边缘平面、远离基部成斜面的方式倾斜到至少一个突起部的自由端。

通过这种布置，可以使用突起部以使基部边缘偏置成抵靠于表面。

至少一个突起部可以包括围绕帽本体分布的至少两个相对的突起部，并且可选地包括围绕帽本体分布的至少三个相对的突起部。

所述至少两个相对的突起部可以围绕环形基部的内部面分布，其中，环形基部可以具有瓣状形状的横截面，使得径向向外凸出的瓣状部在每一对相邻的突起部之间延伸。

这样，帽的基部可以用于提供迫压力。帽可以以简单的方式形成。

至少一个突起部可以包括形成凸轮表面的导引元件。

至少一个突起部可以包括从基部向内突出的肋，并且导引元件可以从肋突出。

凸轮表面可以是平面的。

凸轮表面可以相对于基部边缘平面以15度至60度之间的角度倾斜。

至少一个突起部可以与环形基部处于固定的关系。

至少一个突起部可以邻近于基部边缘或在基部边缘处。

至少一个突起部可以包括移位面，该移位面构造成当帽被接纳在紧固件的端部上时抵接紧固件，以将至少一个突起部迫压成径向向外地扩张。

根据本发明的另一方面，提供了一种防火花帽，该防火花帽用于形成围绕紧固件的端部的密封腔，该帽包括：帽本体，该帽本体具有环形基部，该环形基部终止于基部边缘处，该基部边缘环绕通向用于接纳紧固件的端部的中央腔的开口，并且该基部边缘围绕环形基部的至少大部分周向部位于基部边缘平面中；至少两个导引元件，所述至少两个导引元件围绕环形基部的内表面分布，每个导引元件从基部向内延伸到中央腔中；其中，环形基部具有瓣状形状的横截面，使得径向向外凸出的瓣状部在每一对相邻的导引元件之间延伸。

每个导引元件可以是保持突片。

通过这种构型，可以向导引元件简单地提供偏置力，以确保导引元件与紧固件正确地接合并且限制帽从紧固件的端部移除。

每个导引元件可以包括凸轮表面，该凸轮表面以朝向基部边缘平面、远离基部成斜面的方式倾斜到每个导引元件的自由端。

帽可以包括环形裙状部，该环形裙状部提供环形腔室，该环形腔室用于在裙状部与环形基部之间接纳密封剂材料。

帽可以包括：入口孔，该入口孔位于裙状部中，其中，入口孔与腔室流体连通，以允许密封材料经由入口孔流动通过裙状部进入腔室中；出口，该出口位于裙状部中，其中，出口与腔室流体连通，并且布置成在密封材料从入口孔流动进入腔室中时，使空气能够穿过裙状部经由出口从环形腔室逸出。

基部边缘可以围绕裙状部的整个周向部位于基部边缘平面中。

根据本发明的另一方面，提供了一种连接装置，该连接装置包括：结构件；紧固件的从结构件突出的端部；以及如上所述的帽，该帽形成围绕紧固件的端部的密封腔，该帽包括位于环形腔室中的固化的密封材料，该固化的密封材料将帽紧固至结构件。

根据本发明的另一方面，提供了一种组装如上所述的连接装置的方法，该方法包括：将帽配装在紧固件的端部上；并且将密封材料注射到环形腔室中。

附图说明

现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中：

图1示出了现有技术紧固件组件的从结构件突出的部分的侧视图；

图2示出了飞行器的立体图；

图3示出了包括紧固件和帽的连接装置在注射有密封剂之后的部分横截面正视图；

图4示出了图3的包括紧固件和帽的连接装置在注射有密封剂之前的部分横截面侧视图；

图5示出了图3和图4的帽的横截面正视图；

图6示出了图3至图5的帽的侧视图；

图7示出了图6的帽的从下方观察的平面图；

图8示出了图4的连接装置的一部分的部分横截面图；

图9示出了另一帽的从下方观察的平面图；以及

图10示出了图3的帽的立体图。

具体实施方式

图2中示出了飞行器10。飞行器10包括机身11。两个机翼12从机身11延伸。应当理解的是，机身11和机翼12可以根据特定的应用而采用各种不同的平面形状和轮廓。在机身11和机翼12中形成有燃料箱13。图2中示意性地示出了一个这种燃料箱13。燃料箱13由形成飞行器10的一部分的一个结构件或多个结构件形成。

图3至图7示出了处于安装阶段的连接装置100。连接装置100在图3中示出为被组装。连接装置100包括结构件110，比如飞行器蒙皮板。结构件110具有平面表面111。紧固件120延伸穿过结构件110。该实施方式中的结构件110是复合飞行器结构件部件，但也可以是混合的复合材料-金属部件或其他部件。

紧固件120的端部121从结构件110突出。紧固件120包括第一紧固构件122和第二紧固构件123。第一紧固构件122和第二紧固构件123能够彼此接合。

第二紧固构件123包括从结构件110突出的轴向延伸的轴123a。第一紧固构件122包括旋拧到轴123a上的螺母122a和位于螺母122a与结构件110之间的垫圈124。螺母122a能够以螺纹连接的方式接合在轴123a上。紧固件120限定纵向轴线。

垫圈124是台阶式的。垫圈124限定紧固件120的台阶部125。在附图中，台阶部125由垫圈124的外侧的沿直径方向凹进的部分126形成。台阶部125面向垫圈124的结构件接触面127。在替代性实施方式中，垫圈124包括第一垫圈部分和第二垫圈部分，其中，第二垫圈部分相比于第一垫圈部分具有更小的直径。台阶部125可以由垫圈124中的凹槽(未示出)形成。在实施方式中，台阶部由相比于螺母具有更小的外径的垫圈限定。在实施方式中，台阶部形成在螺母中。

帽200封围紧固件120的端部121，并且将参照图3至图10对帽200进行详细描述。帽200具有帽本体201，帽本体201具有圆顶形的外侧(上部)部分202和大致筒形的基部210。基部210是环形的。基部210终止于边缘211处，该边缘211环绕通向中央腔130的开口212。边缘211位于平面214中，因此当帽200如图所示配装在紧固件120的端部121上时，边缘211可以绕边缘211的整个周向部与结构件110的平面表面111紧密接合。

环形裙状部220从外侧(上部)端221延伸至内侧(下部)裙状部边缘222，其中，外侧(上部)端部221与帽本体201相接。裙状部具有延伸远离帽本体201的喇叭形的椭圆形外侧(上部)部分223和平行于帽轴线230延伸的大致筒形内侧(下部)部分224。裙状部边缘222表示裙状部220的内侧(下部)界限。

在裙状部220与环形基部210之间设置有环形腔室240。腔室240从裙状部220的外侧端部221处的闭合的外侧端241延伸至裙状部边缘222处的敞开内侧端242。由于裙状部220的外侧部分223的喇叭形状，腔室240的径向宽度随着腔室240从腔室240的外侧端241朝向腔室240的内侧端242延伸而增大。

裙状部220具有管状突出部250，该管状突出部250从裙状部向外突出并且提供通向圆形入口孔251的注射通道。管状突出部250布置成与密封材料注射装置的喷嘴(未示出)相互连接，以允许密封材料经由入口孔251穿过裙状部220流动进入腔室240中。在这种情况下，管状突出部250和密封材料注射装置的喷嘴通过将突出部250接纳在密封材料注射装置喷嘴内来相互连接，然而将密封材料注射装置喷嘴接纳在突出部250内的布置也是可能的。裙状部220还在帽轴线230的与入口孔251相反的一侧具有出口270。裙状部220终止于裙状部边缘222，该裙状部边缘222环绕腔室240并且位于围绕腔室240的除了形成有图5中最清楚地示出的出口凹部271的位置之外的大部分周向部的平面中。出口凹部271绕帽的周向部的约1/6延伸。

出口270与腔室240流体连通，并且布置成当密封材料从入口孔251流动进入腔室240时，使空气能够穿过裙状部经由出口270从腔室240逸出。

帽本体201形成有三个突起部261。突起部261向内突出到中央腔130中。突起部261从基部210的内表面213突出。每个突起部包括形成为齿部的导引元件260。每个突起部261用作保持突片。保持突片用于将帽200保持在紧固件120的端部上。保持突片用于将帽导引并保持抵靠于结构件120的表面111。每个导引元件260径向向内突出。导引元件260形成在帽本体201的下部内侧端。导引元件260邻近于基部边缘211。在本实施方式中，帽200形成有三个导引元件260，然而，导引元件的数目可以不同。例如，在图9中，替代性的帽200示出为具有五个导引元件260。导引元件260绕基部210等距地分散。

每个导引元件260位于肋215上。肋215轴向地延伸(特别是参照图5)并且向内突出到中央腔130中。肋215从基部210的内表面213突出。在实施方式中，当紧固件120被接纳在帽200中时，肋215与垫圈124的柱状外表面以过盈配合的方式抵接。导引元件260从肋215突出。替代性地或另外地，导引元件260中的一个或更多个导引元件从内表面213突出，并且肋215被省去。

每个导引元件260具有紧固件定位面262。定位面262用作凸轮表面。定位面262构造成抵靠台阶部125。定位面262以朝向基部边缘平面214成斜面的方式倾斜。定位面262从基部210沿向内侧方向延伸至导引元件260的自由端263。凸轮表面相对于基部边缘平面214以15度至60度之间的角度倾斜。

每个导引元件260的定位面262相对于帽轴线230成角度。定位面262形成闭合面，也就是说定位面262面向腔130的外侧(上部)端。每个导引元件260的用作凸轮表面的定位面262朝向内侧(下部)端向下倾斜。定位面262相对于基部边缘平面214倾斜相同的角度。定位面262朝向帽轴线230向内会聚。定位面262中的每个定位面都是平面的。定位面262从肋215延伸，也就是说延伸远离基部210。定位面262各自设置有接触区域，导引元件260可以在该接触区域处与紧固件接触。

突起部261在腔130中彼此相对。也就是说，至少两个突起部261彼此以大于90度的角度分散。例如，在三个均匀分布的突起部的情况下，突起部261彼此以120度布置。

每个导引元件260具有敞开面264。敞开面264面向基部边缘平面214。敞开面264暴露于通向中央腔130中的开口212。敞开面264从基部边缘211延伸。在实施方式中，敞开面264相对于基部边缘211后移。敞开面264以远离基部边缘平面214成斜面的方式倾斜。敞开面264从帽本体沿向外侧的方向延伸至导引元件260的自由端263。每个导引元件260的定位面262和敞开面264都朝向敞开端263会聚。导引元件260具有大致三角形的轮廓。

基部边缘平面214与定位面262之间、即基部边缘平面214与定位面262的下端之间的距离小于台阶部125的高度。台阶部125的高度对应于台阶部125与垫圈124的结构件接触面127之间的距离。基部边缘平面214与定位面262的上端之间的距离大于台阶部125的高度。

如图7中所示，在组装到紧固件端部121上之前，帽本体201的环形基部210具有三瓣状形状的横截面(瓣状部的尺寸可以不同)。瓣状部的数目可以变化，并且因此帽本体201的环形基部210可以具有双瓣状形状或其他多瓣状形状。

三瓣状横截面形状从环形基部210的基部边缘211延伸至与裙状部220和环形基部210之间的结合部大致一致(或在该结合部附近)的位置。帽本体201的在该位置与上部圆顶形部分202之间的横截面形状变化成提供从三瓣状形状至大致圆形形状的连续的续接。环形基部210具有三个突起部261，所述三个突起部261从围绕环形基部210的三个均匀间隔开的位置径向向内延伸。导引元件260提供凸轮表面262以与紧固件120接触，并且三瓣状形状使得径向向外延伸的瓣状部265在每一对相邻的突起部261之间延伸。在本实施方式中，尽管有三个导引元件260和三个瓣状部265，但是本发明延及具有多于三个的导引元件260和瓣状部的实施方式，特别地延及具有四个、五个、六个或七个导引元件和瓣状部的实施方式。

在各种特征被描述为环形的情况下，这些部件可以具有圆形横截面。然而，在非圆形帽组件的情况下，则这些环形特征将具有非圆形横截面形状。术语“环形”在本文中用于指代绕帽组件的周向部延伸的特征(例如，边缘、肩部、突起部或凹部)，而不论该周向部的形状如何。

基部210的瓣状形状能够使基部210变形，使得基部210由于基部210安装在紧固件端部121上而具有大致筒形形状。基部210安装在紧固件端部121上，使得每个导引元件260的定位面262与紧固件120的台阶部125接触。如图所示，定位面262与台阶部125的边缘接触。然而，应当理解的是，台阶部可以相对于紧固件120的纵向轴线成角度，使得每个导引元件260的定位面262抵靠于台阶部125的面定位。

在安装之前(图7)，垫圈124的形成限定接触区域的台阶部125的周向部与每个导引元件260的自由端263相比在径向方向上进一步向外定位。因此，突起部261必须被径向向外迫压以实现安装。基部210能够变形，使得突起部261能够径向移位远离帽轴线230。在移位时，突起部261被朝向帽轴线230径向偏置。因此，导引元件260径向向外扩张。在将紧固件120插入到帽200中时，敞开面264与紧固件120接触并且迫压导引元件260向外扩张。敞开面264相对于帽轴线230的角度引起向外偏置，并且基部210变形。导引元件260在导引元件260的自由端263处沿紧固件120滑动，直到到达台阶部125为止。

由于导引元件260的向外扩张，基部210变形，使得瓣状部变得更浅即更少弯曲，从而达到基部210变成大致筒形、即几乎没有瓣状部的程度。这种形状变化在导引元件260与紧固件120之间提供径向向内偏置。当导引元件260与台阶部250叠置时，变形的基部210的向内偏置使导引元件260向内扩张。导引元件260的凸轮表面被迫压成沿台阶部125的边缘滑动。由于凸轮表面相对于基部边缘平面214的倾斜，径向向内扩张对帽200提供了沿帽轴线230的纵向偏置。也就是说，帽200被偏置成沿帽轴线230在向内侧方向上移动，即朝向结构件110的表面111移动。因此，帽200被迫压成与结构件110进行形状配合的抵接(positiveabutment)。基部边缘211被偏置成与表面111形状配合地接合。通过提供抵靠结构件110的表面111的线性偏置，进一步限制或防止了基部210与表面111之间的泄漏。在将密封剂材料注射并固化到环形腔室240中期间，向下偏置抵抗施加在帽200上的向上的力而起作用。

应当理解的是，在本文中所描述的实施方式中，当紧固件120的尺寸处于其标称尺寸时，基部210具有预期的变形。例如，如果台阶部125的高度大于标称尺寸，或者垫圈124的直径小于标称尺寸(例如，由于制造公差)，则基部210可以在安装之后仍保持瓣状形状，但是具有比安装之前的瓣状部更浅的瓣状部。另一方面，如果台阶部125的高度小于标称尺寸，或者垫圈124的直径大于标称尺寸，则基部210可能采用倒瓣状形状，其中，每个瓣状部的最大范围与突起部261一致(也就是说，瓣状部形成在突起部261处而不是在突起部261之间)。在这些情况中的每一种情况下，变形提供作用在导引元件260上的径向偏置。

突起部261与基部210一体地形成。也就是说，突起部261与环形基部210处于固定的关系。在目前描述的实施方式中，作用在突起部261上的径向向内的偏置由基部的瓣状装置提供，替代性的构型是可能的。例如，替代性地或另外，突起部以可枢转的方式安装和/或突起部本身是有弹性的。

导引元件260中的一个导引元件邻近于入口孔251布置。通过为入口孔251提供邻近的导引元件260，可以有助于限制帽200远离结构件表面111的运动。

帽的所有部分通过注射模制或类似方法一体地形成。适合的材料是尼龙材料，比如尼龙pa66或尼龙pa12。

适合的密封剂材料是聚硫醚密封剂比如ppgpr-2001b2或者多硫化物密封剂比如可从chemetallgroup获得的naftoseal(r)mc238b、mc238a或mc780。

在连接装置100的形成期间，帽被保持在紧固件120上，并且基部边缘211被迫压成与表面111接合。密封材料被注射到腔室240中。密封材料从入口孔251流到腔室240中。当腔室240充满时，腔室240中的压力增加，直到压力迫使密封材料从腔室240穿过裙状部220经由出口270逸出为止。当在视觉上观察到密封材料从出口270流出时，密封材料至入口孔251中的流动被停止。替代性地或另外，出口包括形成为穿过裙状部220的出口孔。在由密封材料施加压力时，帽200被向上迫压。突起部261抵靠台阶部125的偏置对由密封材料施加的压力产生反作用，以保持基部边缘211抵靠表面的紧密接合，并且防止在基部210与表面111之间形成任何间隙。因此，防止了进入内部腔130中的泄漏。

然后，密封材料被允许固化，从而使固化的密封材料140(图3中所示)留在腔室240中，该固化的密封材料140将帽200紧固至结构件110并且绕腔130形成密封。这种密封防止水或其他污染物进入腔130，并且还防止在雷击的情况下等离子体或其他排气产物离开腔130。固化的密封材料140还填充注射通道、入口孔251和出口270。

如上所述，基部边缘211位于平面214中。位于基部边缘平面214中的基部边缘211有助于确保当帽200被配装在紧固件120的端部121上并且帽200的偏置构型作用在紧固件120上以使基部边缘211形状配合地偏置成抵靠于结构件110的表面111时，基部边缘211能够绕基部边缘211的整个周向部与结构件110的平面表面111紧密接合。

裙状部边缘222位于平面225中。裙状部边缘平面225不与基部边缘平面214共面。裙状部220的裙状部边缘222围绕裙状部边缘222的整个周向部与基部边缘平面间隔开。这样，存在相对于基部边缘平面214的偏移。该偏移限定了裙状部边缘222与基部边缘平面214之间的间隙。

当出口凹部271在裙状部220中形成凹部270时，裙状部220的长度围绕裙状部220的除了凹部271之外的周向部都是均匀的。裙状部边缘222围绕裙状部220的除了凹部271之外的整个周向部都位于裙状部边缘平面225中。裙状部边缘平面222与基部边缘平面214平行。

裙状部边缘222围绕裙状部220的至少大部分周向部相对于基部边缘平面214的由图4中的尺寸y表示的偏移在0.05mm与0.35mm的范围内。应当理解的是，偏移可以基于将要与帽200一起使用的密封剂材料的粘度来确定。

当帽200被配装在紧固件120的端部121上时，边缘211在边缘211的平面内定位成使得边缘211可以绕其整个周向部与结构件110的平面表面111紧密接合。这有助于防止空气和密封剂泄漏到内部腔130中。裙状部边缘222相对于基部边缘211的平面的偏移y有助于确保裙状部220不与结构件110的平面表面111接触。

尽管在上述实施方式中在裙状部边缘与基部边缘平面之间设置了正偏移(positiveoffset)，但是应当理解的是，帽可以形成为没有偏移。在这种布置中，裙状部边缘位于基部边缘平面上。在这种实施方式中，裙状部和裙状部边缘中的至少一者可以由挠性材料形成。在类似的布置中，由挠性材料形成的裙状部和裙状部边缘延伸穿过基部边缘平面。

尽管在上述实施方式中帽由单件式帽构件形成，但是应当理解的是，替代性构型是可能的。例如，在替代性实施方式中，帽由两件式帽构件形成，其中，环形腔室限定在形成环形基部的内部帽构件与形成裙状部边缘的外部帽构件之间。在这种布置中，形式和功能大致相似，其中，偏置构型的布置能够应用于这种实施方式。

当出现词语‘或’时，这应被解释为意味着‘和/或’，使得所涉及的项目不一定是相互排斥的，并且可以以任何适当的组合使用。

尽管上面已经参照一个或更多个优选实施方式对本发明进行描述，但是应当理解的是，在不背离本发明的如所附权利要求限定的范围的情况下，可以进行各种改变或修改。