连接件及其用于CFK-金属复合结构情况下紧固飞机部件的使用 【技术领域】
本发明涉及一种连接件及其使用，以在CFK-金属复合结构情况下将飞机部件彼此相连。这样的飞机部件例如包括外壳板、框架和纵梁。
背景技术
当将金属部件连接到CFK部件，即在CFK-金属复合结构情况下时，必须采取一定的保护措施以防止电腐蚀或接触腐蚀。电腐蚀可危及结构的整体性。从减小承载横截面开始，最终可将所述金属部件完全破坏。因此，必须防止电腐蚀，且必须通过例如对所述CFK-金属连接的定期检查而检查所述保护措施的效果。
对于电腐蚀，是在CFK部件与金属部件之间的不同电压与电解液相互作用导致腐蚀。
所述金属部件例如由铝或铝合金构成，在此情况下形成阳极，而所述CFK部件或其碳部形成阴极。例如形成在机身舱底的湿气或冷凝水这时充当了电解液。在舱底中，由水和所有在人类环境中会遇到的液体构成的高侵蚀性的电解液通常会被大量发现。如果由金属部件和CFK部件构成的连接接触到所述电解液，便会形成电流。这样一来，所述金属部件的正电荷金属微粒(阳离子)移动到阴极或所述CFK部件的负极。由于此阳离子的流动，所述正极或金属部件慢慢分解。
通过使所述两部件之一，在多数情况下为所述CFK部件为电绝缘以阻止这样的电腐蚀是申请人所知晓的。其通过例如GFK材料封装而实现，所述GFK材料在电势序中相比于金属部件和CFK部件为“中性”。通过封装，所述部件被可靠地从其电解环境隔离出来，其中阴极和电极(阳极)彼此隔离以使得没有电流可流动。因此，可阻止电腐蚀的出现。
然而，用GFK材料封装CFK部件或金属部件具有的缺点是：其非常复杂且成本昂贵，特别是如果所述部件具有复杂形状时。在封装过程中，所述相应部件，包括其所有口部、空间角、端部和边缘必须以电绝缘方式封装。封装部件的有效性取决于个体情况且必须单独检查。这种情况下，封装的附加成本容易地抵消了实际上针对CFK-金属复合结构的成本优势。这意味着有赖于CFK和金属的材料组合的优势不能被利用或不能完全利用。
为了隔离所述电极间的电子导体，而通过例如把玻璃纤维垫置于所述CFK部件与金属部件之间，这是申请人所知晓的。然而，此方法具有的缺点是：如果所述两部件经连接件，例如由金属材料或CFK材料构成的铆钉、螺钉或螺栓而另外彼此连接，其无法满足需要。
【发明内容】
因此，本发明的目的为提供连接件的使用，其中所述连接件一方面在制造上不昂贵，而另一方面在连接CFK部件和金属部件时有效地防止电腐蚀的发生。本发明的另一目的是提供一种相应的连接件，所述连接件可以简单且便宜地制造。
按照本发明，该目的由具有按照权利要求1所述的特征的连接件的使用、或由具有按照权利要求8所述的特征的连接件而实现。
本发明的第一方面涉及用于在飞机中紧固CFK部件和金属部件的连接件的使用，其特征在于：所述连接件由不导电材料，例如GFK、AFK或钛或合适的钛合金形成，或者所述连接件具有柄，所述柄设置有由不导电材料构成的轴套。这具有的优点是：可免除使用昂贵的完全封装的连接件。此外，通过使用按照权利要求1和8的所述连接件，由于可将所述CFK部件和金属部件适当地彼此电隔离，可有效阻止电腐蚀的发生。
这种情况下提供例如为飞机机身的外壳板作为CFK部件，所述外壳板其至少部分或基本完全由CFK材料制成，或其外层由至少一种CFK材料形成。在这种情况下，由金属或金属合金构成的框架和/或纵梁可通过按照本发明的所述连接件而紧固到所述外壳板上。这具有的优点是：可实现便宜的CFK-金属复合结构，特别是当使用与由金属构成的纵梁或框架相连的CFK外壳板时。然而可选择地，所述连接件也可用于与由CFK材料构成的纵梁和/或框架相连的传统的金属外壳板。
按照本发明的一实施例，所述连接件例如为铆钉、螺钉、销钉、螺栓和/或夹具。在此情况下这些连接件可由非导体材料制造，或者如果其具有柄，可为其提供不导电轴套。这具有的优点是：CFK部件和金属部件可通过铆钉、螺钉或夹具等实现彼此可靠而便宜地连接，以便可以可靠地阻止电腐蚀地发生。
在这种情况下，GFK材料、AFK材料、钛和/或钛合金或另一合适的不传导材料可用作所述连接件和所述轴套的不导电材料。依据作用在所述连接件上的荷载，对于大荷载的情况可优选钛或钛合金，而对于荷载相当低的情况，所述连接件可由GFK或AFK材料制成。
按照本发明一实施例的所述连接件，可为其提供由不导电材料构成的轴套，其中根据所述轴套与所述柄的连接紧固程度，所述轴套可被安装、推入或压缩到所述轴上。
下面，基于实施例并参照相应附图对本发明进行更详细说明。
【附图说明】
图1示出本发明第一实施例的剖面视图，其中GFK部件经作为连接件的铆钉与金属部件相连。
图2示出本发明第一实施例的立体图，其中GFK部件与金属部件经作为连接件的夹具相连。
图3示出本发明第二实施例的剖面视图，其中GFK部件经作为连接件的铆钉与金属部件相连，所述铆钉设置有轴套。
1： 连接件
2： CFK部件
3： 金属部件
4： 分隔层
5： 纵梁
6： 框架
7： 夹具
8： 外壳板
9： 连接部/柄
10： 轴套
【具体实施方式】
在附图中，只要没有相反的特殊说明，相同或功能相似的部件采用相同的附图标记。
在图1中，示出本发明的第一实施例，其中所述连接件1由在电势序中相比于金属或CFK材料基本呈中性的材料制成。在这种情况下，所述连接件1可由例如钛或钛合金或由GFK材料制成。原则上，除这些材料外，也可以使用在电势序中相比于金属或CFK材料为中性的其他合适的材料。
在图1中示出的CFK部件2例如可为飞机机身的外壳板。例如由铝或铝合金、或钢或钢合金构成的金属部件3可以以CFK型结构紧固于所述外壳板。在这种情况下，这样的金属部件3可作为框架和/或纵梁。如图1所示，由于所述金属部件3对CFK材料构成的外壳板2施加压力，可在所述两部件2、3之间设置分离层4。在这种情况下，可使用例如玻璃纤维垫或由AFK材料构成的层作为分离层4。
当所述金属部件3又经作为连接件1的铆钉紧固到所述CFK外壳板2时，必须采取进一步的保护措施以阻止电腐蚀或接触腐蚀。按照本发明的第一实施例，各自的所述连接件1，在此情况下即为所述铆钉，由不导电材料制造。该不导电材料在电势序中与金属和CFK材料相比基本为中性。
通过使用由不导电材料构成的连接件1，可有效阻止电腐蚀的出现，即使例如由冷凝水或类似物构成的电解液形成在所述CFK外壳板2和所述金属部件3的连接区域。
另一个优点是：由不导电材料构成的所述连接件1，在这种情况下比如所述铆钉，其与使用首先必须以不导电材料昂贵地封装的导电材料构成的铆钉相比，更加简单且在生产中更有经济效益。
在图2中，示出按照本发明第一实施例的另一实施例。在此情况下，例如用于飞机机身的纵梁和框架被紧固到外壳板2上。在此情况下所述纵梁5可由CFK材料制成，而所述框架6可由金属材料制成。另外设置夹具7以将所述纵梁5(CFK部件)和所述框架6(金属部件)彼此紧固。在此情况下，这些由不导电材料制成。这具有的优点是：夹具7的设置使得所述纵梁5和所述框架6彼此分离，并无法发生腐蚀。特别地，这样的夹具7可由例如GFK、AFK或钛或钛合金简单而便宜的制造。因此，与已知的将不得不完全封装的夹具相比，可节省相当大的成本。如果所述夹具具有复杂的结构，这还会关系到效果和成本。
图2中的外壳板8也可由CFK材料构成，或者可选择地由金属材料构成。在此情况下，在所述外壳板8与所述纵梁5和框架6之间设置有分隔层或阻挡层(未示出)。在此情况下，可设置如图1所示的玻璃纤维垫、或AFK材料层、或泰德拉薄膜(tedlar film)作为分隔层。如果将所述纵梁5和框架6通过铆钉1紧固在所述外壳板8上，那么也可使用由不导电材料构成的铆钉1。在此情况下，如果这些铆钉1仅与金属-CFK对和与CFK-CFK对或金属-金属对使用，将是令人满意的。
因此，这些铆钉1应当用于例如紧固金属纵梁5或金属框架6于CFK外壳板8，反之亦然。
在图3中，示出本发明的第二实施例。在此情况下，所述连接件1不由按照图1或2的第一实施例中的不传导材料制成，而可包含随意的材料，甚至为例如CFK或金属或类似物的导电材料。
为阻止电腐蚀，在此情况下为铆钉的所述连接件1的柄9，，设置有轴套10。所述轴套10在此情况下由不导电材料，例如GFK、AFK、钛或钛合金，或另一合适的不导电材料构成。
在此情况下所述轴套10的尺寸设置为使其至少沿所述连接件1的部分或所述柄9、或所述连接件1的整个柄延伸。所述轴套10在此情况下例如可被安装、推入、压缩或粘结固定到所述柄9。设置轴套10具有的优点是：也可使用由导电材料构成的连接件1。所述连接件1凭借所设置的轴套10可被轻松更换，其中可省去昂贵的封装。此外，所述轴套10还增加了所述连接件1的所述柄9的刚度。
在实施例中使用的部件，例如外壳板2、3、8、纵梁5和框架6仅呈现了飞机中CFK部件和金属部件的例子。对于本领域普通技术人员来说，显然在飞机构建中具有多种部件，所述部件可由CFK材料或金属材料制造，且该些部件需要防止电腐蚀发生的连接件1。
在此情况下，这些部件中的每一个可由CFK材料或金属材料或金属合金或具有这些特征的材料制成。特别地，还可使用金属外壳板8代替CFK外壳板8。
此外，在图1至3的实施例中，使用的所述夹具7和铆钉1也仅以示例来呈现多种可能的连接件1。所述铆钉1和夹具7在此情况下也可具有其他形式，如图1至3所示。在图中，所述铆钉1和夹具7仅仅是典型例子。除了铆钉1和夹具7，还可仅提及几个例子，例如使用螺钉、螺栓和销钉。
用作所述连接件1的所述不导电材料优选为根据其应用目的进行选择。在此情况下，由钛或合适的钛合金构成的连接件1优选用于出现巨大力或高荷载的连接的情况。另一方面，如果在连接上仅出现低荷载，那么所述连接件1也可由例如GFK材料制造。
虽然本发明在目前情况下基于优选实施例进行了说明，但其不局限于此，而是可以多种方式改变。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1、用于在飞机或太空船中紧固碳纤维增强塑料(CFK)部件(2)和金属部件(3)的连接件(1)的使用，其中，碳纤维增强塑料(CFK)部件(2)和金属部件(3)至少通过连接件(1)的连接部(9)而彼此相连，其中至少所述连接部(9)由不导电材料例如玻璃纤维增强塑料(GFK)、聚芳基酰胺纤维增强塑料(AFK)、钛和/或钛合金制成，或者其设置有由不导电材料例如玻璃纤维增强塑料(GFK)、聚芳基酰胺纤维增强塑料(AFK)、钛和/或钛合金制成的轴套(10)。
2、如权利要求1所述的使用，其特征在于：
所述碳纤维增强塑料(CFK)部件(2)为外壳板，其至少部分由碳纤维增强塑料(CFK)材料制成，且至少一金属部件(3)，例如至少部分由金属或金属合金制成的框架(6)和/或纵梁(5)，可紧固到所述外壳板。
3、如权利要求1或2中至少一项所述的使用，其特征在于：
所述金属部件(3)为外壳板，所述外壳板至少部分由金属或金属合金制成，且至少一碳纤维增强塑料(CFK)部件(2)，例如至少部分由碳纤维增强塑料(CFK)材料制成的框架(6)和/或纵梁(5)，可紧固到所述外壳板。
4、如前述至少一权利要求所述的使用，其特征在于：
所述连接件(1)为铆钉、螺钉、销钉、螺栓和/或夹具。
5、如前述至少一权利要求所述的使用，其特征在于：
所述连接件(1)由玻璃纤维增强塑料(GFK)、聚芳基酰胺纤维增强塑料(AFK)、钛和/或钛合金或另一合适的不导电材料制成。
6、如前述至少一权利要求所述的使用，其特征在于：
所述连接件(1)的所述连接部(9)形成为柄(9)，所述柄设置有至少一轴套(10)，所述轴套由玻璃纤维增强塑料(GFK)材料、聚芳基酰胺纤维增强塑料(AFK)材料、钛和/或钛合金或另一合适的不导电材料构成。
7、如前述至少一权利要求所述的使用，其特征在于：
所述轴套(10)通过所述连接件(1)覆盖所述连接件(1)的所述连接部(9)的至少一部分，所述连接件(1)将所述碳纤维增强塑料(CFK)部件(2)连接到所述金属部件(3)。
8、在飞机或太空船中用于紧固碳纤维增强塑料(CFK)部件(2)和金属部件(3)的连接件，其中，所述连接件(1)具有连接部(9)，所述连接部(9)由不导电材料例如玻璃纤维增强塑料(GFK)、聚芳基酰胺纤维增强塑料(AFK)、钛和/或钛合金构成，或所述连接部(9)由导电材料制成且其设置有由不导电材料例如玻璃纤维增强塑料(GFK)、聚芳基酰胺纤维增强塑料(AFK)、钛和/或钛合金构成的轴套(10)。
9、如权利要求8所述的连接件，其特征在于：
所述连接部(9)形成为柄(9)，所述轴套(10)通过所述连接件(1)覆盖所述连接件(1)的所述连接部(9)的至少一部分，所述连接件(1)将所述碳纤维增强塑料(CFK)部件(2)连接到所述金属部件(3)。
10、如权利要求8或9所述的连接件，其特征在于：
所述轴套(1 0)被安装、推入或压缩到所述连接部(9)上。
11、如权利要求8至10中至少一项所述的连接件，其特征在于：
所述不导电材料例如为玻璃纤维增强塑料(GFK)材料、聚芳基酰胺纤维增强塑料(AFK)材料、钛或钛合金。