电气插入式连接的支座

飞机内饰的轻量化结构:基于复合材料的系列生产部件

        轻质高强度材料已成为航空领域高端应用中不可或缺的材料。对客机来说,每公斤的重量都很重要,这就是为什么金属越来越多地被塑料解决方案所取代,飞机内饰设计亦是如此。特别是热塑性复合材料,为飞机配套公司提供了显著的重量减轻,且无需在机械性能方面做出妥协。Bucher-Leichtbau公司和恩欣格的一个项目展示了转而使用纤维增强复合材料可带来额外的技术优势。

Bucher Leichtbau AG, 总部位于瑞士的Fällanden, 是一家专业从事飞机内饰和汽车设备的公司。除此之外,该集团的航空部门还为客机开发和生产厨房和橱柜。这种类型的完整模块可以容纳相当于其自身重量八倍的负载,并且必须能够承受至少九倍的重力加速度。飞行载荷(起飞、着陆、湍流等正常飞行条件)和紧急着陆载荷(受控紧急着陆或中止起飞)在这里有明显的区分。例如,对于空客和波音公司,这类生产模块的最低运行寿命要求为25年。


初始情况

        出于安全原因,商用航空中用于电气插入式连接的所有金属安装件必须接地。对于Bucher铝制厨房中的导电支撑结构,配备具有防腐措施的现有紧固螺钉通常就足够了。但是,如果金属连接器安装在厨房的非导电结构上,则需要额外的电缆进行电气接地。接地电缆必须定期固定,这就要求额外的紧固螺纹、定位螺栓、电缆夹和螺钉。

        除了电缆布线的材料输入外,规划和安装的成本也很高:设计工作包括在电路原理图中增加条目;此外,必须在每个接地电缆的测试计划中定义电阻测量值。这也必须纳入相关的维护指南和操作说明以及授权文件中。在生产过程中,必须记录接触电阻值,并在每个接地连接处涂上防腐蚀涂层。


使用热塑性复合材料替代后无需接地

        如果以往使用金属制成的连接器安装件被一种不导电的材质替代,那么接地连接所涉及的工作量和成本就可以完全消除。但是,由于工作温度和消防安全要求,低成本的通用塑料无法胜任。

        这种备受追捧的技术替代物需要能够一对一地更换大量现有的铝板件,以便在引入时尽量减少转换材料所涉及的工作和成本。为了满足这一要求,需要一种刚性高强度材料。

        由于不同连接器安装件的数量相对较少,高工具成本解决方案不是选项。对纤维增强的热塑性板材制成的局部改造零件进行了初步试验,改造区域的结果并不令人满意。

        通过与恩欣格复合材料部门合作,很快找到了一种基于热塑性纤维增强复合材料的合适的解决方案。选用了一款可用于航空领域的预浸料,它含有玻璃纤维和PEI基材(聚醚酰亚胺)。经过短暂的优化阶段后,制造出了第一批系列零件。由于需要专业的加工技术,恩欣格的两个机工厂参与了此次连接器安装件的生产:

        在Otelfingen,恩欣格的复合材料专家使用PEI预浸料生产出棱角形的半成品。与类似组件不同的是,这些胚料并非从厚层压板和热成型板上切割成特定尺寸,而是使用单独的预浸层在器具中压制成特定形状的。此外,该工艺还具有降低回弹效应的优点。纤维复合材料部件的CNC加工由恩欣格位于Bavaria的Cham工厂完成。

       位于Cham的机加工部门专注于热塑性高性能塑料和复合材料的精密加工,是恩欣格全球机加工厂的一员。在Otelfingen生产的角坯料,随后在Cham按照最终产品规格加工成连接器安装件。

         对于大多数紧固支架,有多种不同尺寸的版本。由于采用了灵活的工艺,还可以生产出轮廓或钻孔的特殊设计,确保高品质,且交货期短。

更简单,更经济,更轻

        新的塑料安装件的制造成本明显高于以前的铝制安装件。然而,橱柜在工程和生产方面的节省意味着新的解决方案仍然相当直接,更重要的是,总的来说更具成本效益。使用复合材料部件后,厨房变得更轻,因此航空公司从长远来看受益匪浅,因为每增加一公斤不必带上天的重量就能省钱。

CNC加工前

        用于插入式连接的支架的坯料由纤维复合预浸料制成,该预浸料经批准可用于航空领域,包含玻璃纤维和PEI基材。

        连接器安装有不同尺寸的版本。连续的、拉直的纤维使得热塑性复合材料比短纤维增强塑料具有更高的强度和刚度。

预制件技术

        基于恩欣格的预制件技术,在生产棱角件时壁厚的差异是可行。因此,与分叉树枝类似,高应力下的拐角部分可以加固,而在不高应力下的部分(例如在臂上)可以节省材料。这种制造技术被称为“近净形”工艺。

         根据部件的几何形状,使用该技术可以显著节省材料和重量,同时保持相当的强度和刚度。