CN113924183A - 制造用于交通工具的承载元件的方法以及承载元件 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于制造用于交通工具的承载元件的方法，方法具有以下步骤：提供具有第一表面和第二表面的由第一材料构成的平坦的基础翼缘，使用基于摩擦的涂覆或焊接方法将由至少一种第二材料构成的至少一个层施加到第一表面上，以及对由第二材料构成的至少一个层进行切削加工，以制造承载元件的期望的轮廓截面，其中第一材料和第二材料是彼此不同的金属材料。

Description

制造用于交通工具的承载元件的方法以及承载元件
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于交通工具的承载元件的方法，一种用于交通工具的承载元件和一种飞行器，该飞行器具有飞行器机身和设计在其中的结构，该结构具有至少一个这样的承载元件。
背景技术
对于布置在交通飞行器和其他交通工具的内部空间中的结构部件，根据应用提出不同的要求。为了将装入件紧固在舱室中，使用例如沿舱室的纵向方向延伸的承载元件，这些承载元件是地板载体的一部分或紧固在地板载体上。因为在交通飞行器中为了确定这种承载元件的尺寸而假定了相当大的载荷，所以这些承载元件通常配备有相应的高强度。
此外，这样的结构部件由于频繁使用也暴露于污垢和变化的湿气，由此需要足够的耐腐蚀性。为了实现高强度和优异的耐腐蚀性，例如座椅轨道或用于接纳在一些现代交通飞行器中的舱室方形件的轨道已经部分地由钛制成。然而，这种材料的加工是昂贵的。已知的是，这样的导轨在腐蚀敏感的区域中完全由钛制成，然而这是非常昂贵的。虽然出于重量和成本原因，由钛构成的区段和由另一种材料构成的区段的组合可能是有利的，但是由另一种材料构成的部件不能或不能以期望的特性通过粘接、熔焊或钎焊与钛部件连接。这可能导致，为了该目的必须使用形状配合或力配合的连接方法。由于钛部件的昂贵的加工，由钛和附加的其它材料构成的轨道的制造是非常高耗费的。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于制造用于交通工具的承载元件的替代性的方法，其中由钛和其他材料构成的区段能够成本有效地相互连接，但是能够以高强度和期望的构件特性制造。
该目的通过具有独立权利要求1的特征的方法来实现。有利的实施方式和改进方案自从属权利要求和以下说明书中得出。
提出了一种用于制造用于交通工具的承载元件的方法，所述方法具有以下步骤：提供具有第一表面和第二表面的由第一材料构成的平坦的基础翼缘，使用基于摩擦的涂覆或焊接方法将由至少一种第二材料构成的至少一个层施加到所述第一表面上，以及对由所述第二材料构成的所述至少一个层进行切削加工，以制造所述承载元件的期望的轮廓截面，其中所述第一材料和所述第二材料是彼此不同的金属材料。
平坦的基础翼缘可理解为承载元件的一部分，该承载元件具有确定的轮廓。基础翼缘例如可能具有平坦的、条状的形状，并且在制造承载元件的进一步过程中借助腹板或其它要与该基础翼缘连接的部件来补充成完整的承载元件。基础翼缘例如可能用作用于交通工具的舱室中的装入件的接纳面和/或紧固面。
根据本发明，平坦的基础翼缘由第一材料制成。第一表面和第二表面可以是基础翼缘的几何的主面，这些主面分别在主延伸平面中延伸并且在两个彼此对置的侧上限定基础翼缘。因此，这些表面尤其可以彼此平行地实施。
通过基于摩擦的方法，随后将由至少一种第二材料构成的该至少一个层施加到第一表面上。已经令人惊讶地发现，通过基于摩擦的方法，例如增材的搅拌摩擦方法可以非常好地连接不同的材料组合。在这种方法中，第二材料通过转动并且压在基础翼缘上的工具被压入或压紧到第一表面中或其上。由此尤其得到第一材料与第二材料之间具有细化的晶粒结构的高强度连接。不需要进一步的压实步骤来改善材料性能。
由此实现的特别的优点在于，由第二材料或其他材料构成的另外的构件能够安装到第二材料上。因此，由第二材料构成的该至少一个层可以用作基础翼缘与另一构件之间的接口，该另一构件由第二材料或另一材料制成并且不能直接与基础翼缘连接。
在适合用作交通飞行器的内部空间中的支撑元件的示例中，基础翼缘例如可以由钛制成，而第二材料可以是基于铝的合金。粘接、熔焊和钎焊几乎不适用于这两种材料的连接，从而根据本发明将铝涂覆到基础翼缘上来提供用于由铝构成的其他构件的基础。为此可以使用常规方法。因此，根据本发明的方法能够实现用于制造承载元件的不同材料的特别有利且高强度的连接。
特别优选地，该方法还具有在该第二材料的该至少一个层上接合附加的构件的步骤。因此，基础翼缘可能仅构成承载元件的轮廓的或多或少的较小部分。腹板、凸缘、翼缘和其他构件可以将基础翼缘补充成完整的支撑元件。在此通过由第二材料构成的该至少一个层进行接合。
提出的是，附加的构件由第二材料制成。构件和该至少一个第二层因此是完全兼容的，并且可以通过传统的连接方法接合。
此外，该方法还可以具有对第二表面进行切削加工，以制造沿基础翼缘延伸的凹部。由此，基础翼缘可以采取轨道、尤其用于乘客座椅的座椅轨道或用于客舱方形件或内部空间中的其他装入件的承载轨道的形式。凹部可以是长形的凹部和/或被实施为一系列并排排列的单独凹部。第一表面、由第二材料构成的该至少一个层以及布置在其上的所有可选的构件在背离基础翼缘的一侧上连接并且可以构成承载结构，该承载结构例如整合到地板结构中。然后，基础翼缘可能与地板齐平地结束。
特别有利的是，所述承载元件的轮廓截面的轮廓高度沿所述基础翼缘的主延伸方向不是恒定的。轮廓截面的设计方案可以与第一材料的可加工性无关地任意地进行，因为更复杂的形状也可以通过与由第二材料构成的该至少一个层的连接来与基础翼缘固定地连接。例如尽管使用钛或类似的高强度材料来提供接纳面，但是这允许承载元件的实际上任意的赋形。
在一个有利的实施方式中，所述承载元件的轮廓截面具有至少一个与所述基础翼缘对置地布置的下翼缘，其中在所述基础翼缘与所述至少一个下翼缘之间延伸有至少一个腹板。腹板和下翼缘可能由第二材料制成或者与其兼容并且通过其他方法获得。对于具有恒定轮廓截面的构件，挤出方法可能是有意义的。对于其它在轮廓方面可变的构件，尤其可能考虑切削或增材方法。
如上所述，基础翼缘可能具有钛。由此可以实现尤其用于交通工具的舱室中的装入件的高强度的支承面和/或紧固面。
因为由于强度原因不需要将整个承载元件由高强度材料(例如钛)制成，所以第二材料可以具有稍低的强度并且通过合适的设计提供足够的面积惯矩。在一个有利的实施方式中，由第二材料构成的所述至少一个层可以具有铝。通过基于摩擦的方法(例如增材的摩擦搅拌方法)，由铝构成的至少一个层可以布置在基础翼缘上并且允许由铝构成的另外的构件的布置。
本发明还涉及一种用于交通工具的承载元件，该承载元件具有：具有第一表面和第二表面的由第一材料构成的平坦的基础翼缘；以及由至少一种第二材料构成的至少一个层，使用基于摩擦的涂覆或焊接方法将所述第二材料施加到所述第一表面上并且被切削加工，使得所述承载元件具有期望的轮廓截面，其中所述第一材料和所述第二材料是彼此不同的金属材料。
如前所述，在一种有利的实施方式中，所述承载元件的轮廓截面的轮廓高度沿所述基础翼缘的主延伸方向不是恒定的。在此，主延伸方向可以是基础翼缘的运行方向，该运行方向平行于至少一个纵向边缘或位于纵向边缘之间的中轴线延伸。
此外，所述承载元件的轮廓截面可能具有至少一个与所述基础翼缘对置地布置的下翼缘，其中在所述基础翼缘与所述至少一个下翼缘之间延伸有至少一个腹板。腹板用于在空间上限定基础翼缘和下翼缘的布置，以产生期望的面积惯矩。为了减轻重量，腹板可以具有一个或多个切口或孔。
如上所述，基础翼缘可以具有钛。
此外，同样如上所述，由第二材料构成的该至少一个层可以具有铝。
有利的是，第二表面具有沿基础翼缘延伸的用于接纳连接元件的凹部。因此，可以执行装入件的支承或紧固。例如可以设想的是，凹部具有底切的轮廓，该底切的轮廓具有多个沿承载元件的主延伸方向彼此相继的圆形开口，这些圆形开口被狭缝穿过。
在一个特别有利的实施方式中，附加的构件与所述第二材料的所述至少一个层材料配合地连接并且由所述第二材料制成，所述附加的构件与所述第二材料兼容或具有所述第二材料。
承载元件可能选自承载元件的如下组，该组具有地板轨道、横梁、纵梁、翼梁、桁条和隔框。
最后，本发明涉及一种飞行器，该飞行器具有飞行器机身，该飞行器机身具有设计在其中的结构，其中该结构具有至少一个根据上述说明的承载元件。
附图说明
本发明的其他的特征、优点和应用可能性从对实施例的以下描述和附图中得出。在此，所有所描述的和/或图示的特征自身和以任意的组合形成本发明的主题，而与其在各个权利要求中或其所引用的权利要求中的关系无关。此外，在附图中相同的附图标记代表相同或相似的物体。
图1示出用于布置由第二材料构成的层的合适的工具的示意图。
图2a和图2b示出由第二材料构成的层的布置(图2a)和在切削加工之后的最终轮廓(图2b)。
图3a和图3b以空间图示出承载元件。
图4示出飞行器。
图5以基于框的示意性图示示出根据本发明的方法。
具体实施方式
在图1中示意性地示出用于搅拌摩擦涂覆的工具2，该工具将由与第一材料不同的第二材料8构成的层6涂覆到由第一材料制成的平坦的基础翼缘4上。基础翼缘4例如可以由钛构成。基础翼缘放置在未示出的底座上，使得用于施加第二材料8的第一表面10指向工具2，并且第二表面12放置在底座上。工具2围绕转动轴线14转动并且沿该转动轴线被压到第一表面10上，使得第二材料8在压力和摩擦的作用下被加热并且被压入第一表面10中。由此产生示意性示出的层6。
应理解的是，也可以将多个层6彼此重叠地且并排地涂覆到第一表面10上。由此可能实现实际上任意的构造厚度和轮廓。如果基础翼缘4由钛制成并且第二材料8是铝，则可以通过工具2实现层6与基础翼缘4之间的高强度连接。另外的层6或由相同的第二材料8或相容的材料构成的构件可以施加到层6上。
在图2a中示出了基础翼缘4，在该基础翼缘上布置有多个层6。这些层首先还具有不精确的型材轮廓16，这些型材轮廓通过层6的相对模糊的边缘来解释。以虚线示出最终轮廓18，该最终轮廓代表后来的轮廓几何形状并且通过铣削、研磨或其它切削工艺从层6的布置中加工出来。
最终轮廓18在图2b中还再次单独示出。在此布置有腹板20和凸缘22，这些腹板和凸缘将基础翼缘4补充成具有期望的面积惯矩和所需的连接面的完整的承载元件。在此可设想的是，基础翼缘4还具有凹部24，该凹部延伸到第二表面12中并且穿过第二表面。例如，凹部24具有底切部26，这些底切部能够用于安装和夹紧连接器件。
除了通过安装多个层6的逐层构造之外，也可以考虑，除了至少一个层6之外，还将一个或多个单独的构件28安装到基础翼缘4上。为此，例如由第二材料构成的单个层6可能足以通过常见的材料配合的连接方法将由相容材料构成的构件28安装在其上。例如可能安装多个腹板28作为构件，这些构件还通过在腹板28的与基础翼缘4间隔开的一侧的下翼缘30补充。腹板可以横向于基础翼缘4安装，例如垂直于基础翼缘安装。
由于该方法非常灵活，与纯挤出不同，可以确保完全可变的轮廓截面。这在图3a和图3b中例如通过在基础翼缘4与下翼缘30之间的可变间距来表示。下翼缘30具有横向于其主延伸方向弯曲的面状形状并且利用不同长度的腹板28与基础翼缘4连接。由此，尤其可以实现承载元件32的重量和载荷优化的设计方案。
图4还示出具有机身36、设计在其中的内部空间38和在内部空间38中的至少一个承载元件的飞行器34。
为了完整起见，在图5中示出根据本发明的方法的示意性流程。用于制造用于交通工具的承载元件的方法40具有以下步骤：提供42具有第一表面和第二表面的由第一材料构成的平坦的基础翼缘，使用基于摩擦的涂覆或焊接方法将由至少一种第二材料构成的至少一个层施加44到第一表面上，以及对由第二材料构成的至少一个层进行切削加工46以制造承载元件的期望的轮廓截面。该方法还可以包括在第二材料的该至少一个层上接合48附加的构件。此外，该方法可以包括对第二表面进行切削加工50，以制造沿基础翼缘延伸的凹部。
补充性地可以指出，“具有”并不排除其他的元件或步骤，并且“一个”或“一种”不排除多数。此外还可以指出，已经参照上述实施例之一描述的特征也可以与上文描述的其他实施例的其他特征组合使用。权利要求书中的附图标记不应被视为限制。
附图标记清单
2 工具
4 基础翼缘
6 层
8 第二材料
10 第一表面
12 第二表面
14 转动轴线
16 型材轮廓
18 最终轮廓
20 腹板
22 凸缘
24 凹部
26 底切部
28腹板/构件
30 下翼缘
32 承载元件
34 飞行器
36 机身
38 内部空间
40 方法
42 提供基础翼缘
44 施加至少一个层
46 切削加工
48 接合
50 切削加工(凹部)

Claims (15)

1.一种用于制造用于交通工具(34)的承载元件(32)的方法(40)，所述方法具有以下步骤：
提供(42)具有第一表面(10)和第二表面(12)的由第一材料构成的平坦的基础翼缘(4)，
使用基于摩擦的涂覆方法将由至少一种第二材料(8)构成的至少一个层(6)施加(44)到所述第一表面(10)上，以及
对由所述第二材料构成的所述至少一个层(6)进行切削加工(46)，以制造所述承载元件(32)的期望的轮廓截面，
其中所述第一材料和所述第二材料(8)是彼此不同的金属材料。
2.根据权利要求1所述的方法(40)，还具有以下步骤：
将附加的构件(28)接合(48)在所述第二材料(8)的所述至少一个层(6)上。
3.根据权利要求2所述的方法(40)，
其中所述附加的构件(28)由所述第二材料(8)制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(40)，还具有以下步骤：
对所述第二表面(12)进行切削加工(50)，以制造沿所述基础翼缘(4)延伸的凹部(24)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(40)，
其中所述承载元件(32)的轮廓截面的轮廓高度沿所述基础翼缘(4)的主延伸方向不是恒定的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(40)，
其中所述承载元件(32)的轮廓截面具有至少一个与所述基础翼缘(4)对置地布置的下翼缘(30)，并且
其中在所述基础翼缘(4)与所述至少一个下翼缘(30)之间延伸有至少一个腹板(20，28)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(40)，
其中所述基础翼缘(4)具有钛。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(40)，
其中由所述第二材料构成的所述至少一个层(6)具有铝。
9.一种用于交通工具的承载元件(32)，所述承载元件具有：
具有第一表面(10)和第二表面(12)的由第一材料构成的平坦的基础翼缘(4)；以及
由至少一种第二材料(8)构成的至少一个层(6)，使用基于摩擦的涂覆方法将所述第二材料施加到所述第一表面(10)上并且被切削加工，使得所述承载元件(32)具有期望的轮廓截面，
其中所述第一材料和所述第二材料(8)是彼此不同的金属材料。
10.根据权利要求9所述的承载元件(32)，
其中所述承载元件(32)的轮廓截面的轮廓高度沿所述基础翼缘的主延伸方向不是恒定的。
11.根据权利要求9或10所述的承载元件(32)，
其中所述承载元件(32)的轮廓截面具有至少一个与所述基础翼缘(4)对置地布置的下翼缘(30)，并且
其中在所述基础翼缘(4)与所述至少一个下翼缘(30)之间延伸有至少一个腹板(20，28)。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的承载元件(32)，
其中所述第二表面(12)具有沿所述基础翼缘(4)延伸的凹部(24)，所述凹部用于接纳连接元件。
13.根据权利要求12所述的承载元件(32)，
其中附加的构件(28)与所述第二材料(8)的所述至少一个层(6)材料配合地连接并且由所述第二材料(8)制成，所述附加的构件与所述第二材料兼容或具有所述第二材料。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的承载元件(32)，
其中所述承载元件(32)选自承载元件的如下组，所述组具有：
-地板导轨、
-横梁、
-纵梁、
-翼梁、
-桁条、和
-隔框。
15.一种飞行器(34)，所述飞行器具有飞行器机身(36)，所述飞行器机身具有设计在其中的结构，其中所述结构具有至少一个根据权利要求9至14中任一项所述的承载元件(32)。
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