用于生产卡扣连接系统的连接构件的方法与流程

本发明涉及一种用于生产卡扣连接系统的连接构件的方法，其特别地用于在航空领域中改善结构部件之间的连接。

尽管本发明和在此处理的问题适用于连接非常不同的结构部件、元件和/或者结构的各种应用，它们将在关于将客机的元件紧固在一起的方面被详细地描述。

背景技术：

现代客机包括必须以可释放或不可释放的方式被彼此紧固和/或紧固于客机的结构的多个结构部件和元件。例如，所述结构部件和元件能通过相应的紧固或保持装置在预定的位置中被紧固于客机的主体结构或者被紧固于客舱内侧。为了提供高度复杂的现代航空器的技术基础设施，通常需要附接数千种不同的紧固件。

卡扣连接是用于以快速且不复杂的方式连接结构部件的特别巧妙的解决方案，其利用了特定材料的弹性，例如，该特定材料为塑料材料。在这方面，通常设置两个连接构件，即，锁扣构件和形状互补的对应锁扣构件。这两个连接构件被放在一起，以便互相抵靠锁定，两个构件中的至少一个暂时弹性形变，并且随后弹回，使得连接构件以有效(形状配合)的方式互相接合。例如，锁扣构件可以为弹性锁扣臂或者锁扣钩，并且对应锁扣构件被设置为形状互补且刚性的插槽。

在熔融沉积成型(FDM)期间，由可熔塑料材料一层一层地产生了例如保持件或连接构件的物体。因此，FDM是生产制造方法组的一部分，通常也被称为“3D打印方法”，其中，从物体的数字化几何模型着手，起始原料以层状被顺序地一个堆叠到另一个的顶部上，并且固化。3D打印方法目前被广泛地使用于工业产品开发中，其中，资源节约型工艺链被使用于基于需求的个性化结构部件的小规模和大规模批量生产。

技术实现要素：

在此背景下，本发明的目的是提供一种简单的方法，通过该方法，卡扣连接系统能被生产为重量轻且在负载方面被优化。

根据权利要求1的特征的本发明来实现该目的。

因此，提供用于生产卡扣连接系统的连接构件的方法。该方法包括熔化且挤压可固化模型材料的步骤。该方法还包括由模型材料逐层地构造且依次固化作为锁扣构件的一个连接构件以及作为对应锁扣构件的一个连接构件。在这方面，锁扣构件被形成为具有锁扣头，并且对应锁扣构件被形成为具有锁扣槽，锁扣槽具有与锁扣头互补的形状。锁扣构件和/或对应锁扣构件至少部分可弹性变形，以便通过将锁扣头推到锁扣槽中在锁扣构件和对应锁扣构件之间产生卡扣连接。

在本发明的后面的构思包括以逐层和自动的方式产生用于卡扣连接的连接构件。该构思基于这样的知识：当构造结构部件时，层的特定的定向能影响完全固化的结构部分相对于负载应力的机械特性。因此，即使所述结构部件的最终几何形状设计被固定，特定的塑料结构部件能通过以不同的方式叠层单个层来产生。例如，即使单层在结构部件被固化时被互相连接以形成整体的物体，在单层之间的接触表面的接触面积决定了单层的粘附性，并且最终确定在拉伸或弯曲应力下的完成的结构部件的刚度。广泛地说，每层到相邻层的粘附表面越大，层越不容易变得分离。

通过使用依次逐层生产工艺，结构部件的几何形状和最终重量能适用于所设想的技术使用和负载。该生产制造工艺允许了用于结构部件和元件的高效、节约材料和省时的生产工艺。这在航空航天业是特别有益的，因为，在该工业中，适用于非常明确的目的的各种各样的保持件和结构部件被使用，其能如此被低成本地生产，并且生产周期短，并且能在保持组装简单的同时被附接。除了被使用于多种传统的紧固装置和/或改善多种传统的紧固装置，根据本发明产生的卡扣连接能替代例如标准夹持系统、螺钉和螺栓连接和/或者传统卡扣连接。

参考附图，有益的实施方式和改进在进一步的从属权利要求中和描述中被列出。

根据改进，模型材料能分层，以便大致遵循在产生锁扣连接时、当锁扣构件被推入到对应锁扣构件中时在锁扣构件和/或对应锁扣构件中产生的锁扣构件和/或对应锁扣构件的负载应力。因此，根据在连接中的关于预期应力负载方面的各自的需要，模型材料的单层的特定的布置或定向能基于特定的具体几何设计被有益地优化。例如，层的优选的定向提供了能使用基于卡扣连接系统的数字模型的计算机仿真和优化算法确定的在刚性和弹性之间的良好的平衡。

根据改进，模型材料能至少部分大致垂直于或平行于负载应力地分层。

根据改进，锁扣头能被形成为卡合钩、卡合销、卡合球或卡合柱。在该改进中，锁扣槽能相应地为互补的形状。

根据改进，锁扣头能被形成为卡合钩，其在产生卡合连接时承受弯曲或扭转。

根据改进，锁扣头能被形成为具有主弯曲方向的卡合钩。模型材料能被大致平行于或垂直于锁扣头的主弯曲方向地分层。

根据改进，锁扣头能被形成为卡合钩，其具有主弯曲方向和副弯曲方向。模型材料能至少部分大致平行或垂直于锁扣头的主弯曲方向和/或副弯曲方向地分层。

根据改进，锁扣头能被形成为矩形的卡合钩。主弯曲方向能被定向为垂直于副弯曲方向。

根据改进，该方法可包括熔融沉积成型工艺。在本发明的上下文中的熔融沉积成型(FDM)包括的工序有：基于三维物体的数字化表达，通过挤压热的流体材料且通过将材料成层地沉积在之前的沉积材料上，三维物体被形成。在这种情况下，通过冷却，沉积材料与之前使用的材料结合并且固化，以便它形成整体的物体。

根据本发明的进一步的方面，能提供计算机可读工具，计算机可执行指令被存储于计算机可读工具上，当其通过数据处理装置被执行时，促使数据处理装置实施根据本发明的方法。

上述实施方式和改进能在适当的情况下根据需要彼此结合。本发明的进一步的可行的实施方式、改进和实施方案还包括上述的或者在下面参考实施方式描述的未明确提及的本发明的特征的组合。特别地，在该工艺中，本领域的技术人员还可添加个别方面作为本发明的各自的基本形式的改进或补充。

附图说明

参考示意图中所示的实施方式，将在下列更详细地描述本发明，其中：

图1a、1b、1c是使用根据本发明的实施方式的方法生产的卡扣连接系统的示意性的剖视图；

图2a、2b是根据本发明的两个不同的实施方式的来自图1a的卡扣连接系统的锁扣构件的示意性的剖视图；

图3a、3b分别是根据本发明的另一实施方式的卡扣连接系统的对应锁扣构件的示意性的剖视图和前视图；

图4a、4b、4c是使用根据本发明的进一步的实施方式的方法生产的不同的锁扣构件的示意图；以及

图5是根据本发明的另一实施方式的生产卡扣连接系统的方法的示意性的流程图。

附图标记列表

1 连接构件

1a 锁扣构件

1b 对应锁扣构件

2 锁扣头

3 锁扣槽

4 卡扣连接

5 主弯曲方向

6 副弯曲方向

7 层

10 卡扣连接系统

M 方法

M1 方法步骤

M2 方法步骤

M3 方法步骤

附图旨在提供本发明的实施方式的进一步的理解。它们与描述一起示出了实施方式、说明了本发明的原理和概念。其他实施方式和许多提及的益处都被显示在图中。附图的构件不需要别按相对于彼此的实际比例地示出。

具体实施方式

在附图中，除非另有说明，在每种情况下，相同、功能性相同及操作性相同的部件、特征和元件被设置有相同的附图标记。

图1a、1b和1c是使用根据本发明的实施方式的方法生产的卡扣连接系统的示意性的剖视图。

在图中，附图标记10示出了卡扣连接系统，在每幅图中，其包括两个连接构件1，即锁扣构件1a和对应锁扣构件1b。每个锁扣构件1a被形成为具有锁扣头2。对应锁扣构件1b包括锁扣槽3，锁扣槽3相应被形成为以便与锁扣头2互补。在图1a中的锁扣头2被形成为钩件，在图1b中的锁扣头2被形成为球接头，并且在图1c中的锁扣头被形成为销。在图1a中的钩状的锁扣头2被设计为垂直于其轴线地有弹性，使得锁扣头2通过被推入到锁扣槽3中向下弯曲，以在卡扣槽3中的凹槽中扣回。由于锁扣头2和锁扣槽2之间的相互作用，从而在锁扣构件1a和对应锁扣构件1b之间产生锁扣连接4。可选地或额外地，对应锁扣构件1b原则上也可以为可弹性变形的。图1b和1c示出了卡扣连接系统10的两个实施方式，卡扣连接系统10包括可弹性变形的对应卡扣构件1b。在两个例子中，锁扣头2是刚性的。当锁扣头2被推入到对应的锁扣槽3中时，为了建立卡扣连接4，锁扣槽3的外壁部被向外挤压(由图1b中的箭头和虚线显示)，直到锁扣头2被互补地锁定到位于在锁扣槽3中。原则上，在所有的三个实施方式中产生在锁扣头2和锁扣槽3之间的形状配合。然而，这仅为示例；原则上，锁扣头2和/或锁扣槽3还可以非弹性的方式变形。在这种情况下，可制成不可释放的卡扣连接4。

图2a和2b是来自图1a的根据本发明的两个不同的实施方式的卡扣连接系统10的锁扣构件1a的示意性的剖视图。

使用熔融沉积成型方法M来生产两个锁扣构件1a，其中，可熔塑料材料通过增加其温度被熔化且挤压。液态塑料材料随后被一层层地顺序地施加于基板，并且因此锁扣构件1a以逐层的方式被构造。在该阶段，塑料材料冷却下来且变硬，并且因此一个位于另一个的顶部上的塑料层连接以形成整体的结构部件。在图2a中，附图标记7示意性地示出了单层。尽管图2a中的层7被布置为与锁扣构件1a和锁扣头2的纵向方向平行，在图2b中，它们被定向为与所述纵向方向垂直，即，在锁扣构件1a被推入到对应的对应锁扣构件1b中时弯曲应力/拉应力作用的(主)弯曲方向5上。根据层7的方向，随后需要在熔融沉积成型方法M期间提供临时支撑结构。例如，在图2b中的实施方式能被从锁扣构件1a的基部区域(图2b的左手侧)开始至头端部(图2b的右手侧)地印制(在因此旋转90度的基板上)。相比之下，对于在图2a中的实施方案，需要从下方支撑锁扣头2或锁扣构件1a。

根据应用或需求，层7的特定方向可为期望的或有益的。例如，在图2a中的实施方式通过高抗弯刚度区别，而在图2b中的实施方式的生产特别简单，而不需要支撑结构等。

图3a和图3b分别是根据本发明的另一实施方式的卡扣连接系统10的对应锁扣构件1b的示意性的剖视图和前视图。

与图2a和2b一样，在该实施方式中，层7的方向也被示意性地示出。一般来说，例如，可有益的是，如果层7的方向被以对应于预期的负载应力的方式地布置，将结构部件设计为相对于该负载尽可能地硬，或者能够以目标方式实现特定的变形。因此，在图3a和3b的例子中，优选的是，层7被定向为与对应锁扣构件1b的纵向轴线平行。除了在锁扣构件1a和对应锁扣构件1b之间的形状配合连接，摩擦连接也是可行的，其中，在组装期间的两个元件中的至少一个元件的变形不会以弹性的方式“扣回”，而是永久地抵靠对应构件。

图4a至4c是使用根据本发明的进一步的实施方式的方法M生产的不同的锁扣构件1a的示意图。这些附图以示例的方式示出了来自图2b的锁扣构件1a的改进。例如，这些改进旨在证明，能够补偿可被认为是不利的根据图2b的层的方向的性质，但该性质例如在制造方面是优选的。例如，锁扣构件1a的弯曲负载的耐受度能通过多种措施被提高。而在图1a、2a和2b中的锁扣头在建立卡扣连接4时承受弯曲，图4a中所示的锁扣头2承受扭转(由箭头所示)。处于该目的，锁扣头2位于两个横向支杆之间的窄桥上。在锁扣头2的基部的最大弯曲负载从所述基部被移除，并且在一定程度上被带至桥中。然而，所示的实施方式仅以示例的方式被给出，并且本领域的技术人员应该能以显而易见的方式实现起到相同功能的实施方式。可选地，图4b的实施方式设置有，锁扣头2具有副弯曲方向6。为了锁定到卡扣连接4中，锁扣头或锁扣构件1a因此必定不能弯曲得如在图1a、2a和2b中的实施方式中在主弯曲方向5上那么弯。

图4示出了设计锁扣头2的另一选择，其通过将锁扣构件1形成为矩形卡合钩而具有副弯曲方向6，其中，副弯曲方向6与主弯曲方向5平行。

图5示出了根据本发明的另一实施方式的用于产生卡扣连接系统10的方法M的示意性的方框图。

在M1，方法包括熔化和挤压可固化模型材料，例如，塑料材料。在M2，方法包括由模型材料逐层地构造作为锁扣构件1a的一个连接构件1和作为对应锁扣构件1b的一个连接构件1。在M3，方法包括依次地固化锁扣构件1a和对应锁扣构件1b。

描述的方法能被使用在运输行业的所有分支中，例如，用于公路车辆、用于铁路车辆或用于船只，但也广泛用在土木工程和机械工程中。

在上面的详细的描述中，不同的特征在一个或多个示例中被概述，以提高描述的说服力。然而，应该清楚的是，上述描述仅用于说明性目的，而不是限制性的。它覆盖了不同特征和实施方式的所有的替换、修改和等同物。当本领域的技术人员阅读上面的描述时，基于他们在本领域中的知识，很多其他示例对他们来说即刻显而易见。

本实施方式被选择且描述，以为了能够以最好的方式列出本发明所基于的原理以及其可能的实际应用。结果是，本领域的技术人员能以关于预期用途的最佳方式修改且使用本发明以及其多种实施方式。在权利要求和描述中，术语“包含”和“具有”被用作相应术语“包括”的中性术语。

此外，术语“一”、“一个”(“a”，“an”和“one”)在原则上并不旨在排除多个这样的描述的特征和元件。