CN102256766A - 锚固联接件的方法和联接件 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个方案，提供一种将联接件锚固在轻型构筑件中的方法。联接件包括套筒件和带杆部的活塞件，其中该杆部由套筒件引导。活塞件和/或套筒件在头部和套筒部之间的界面处含有热塑性材料。该方法包括以下步骤：提供联接件，在轻型构筑件的第一构造层中设置通孔，将联接件穿过通孔直到远端部抵靠第二构造层。其中，可以是套筒件或活塞件或套筒件和活塞件两者抵靠在第二构造层上。该方法随后包括其它步骤，即，在把活塞件压向远端侧的同时将机械振动耦合输入活塞件，由此在界面部的周边靠近周壁(或相对其略微远离)的情况下液化在套筒件和活塞件的界面部处的热塑性材料部分，并造成它沿径向从周边外流入第一构造层的结构和/或沿第一构造层内表面(即面对第二构造层的表面)流动。在重新凝固后，该热塑性材料部分形成同第一构造层的形配联接。

Description

锚固联接件的方法和联接件
针对美国，本申请是美国临时专利申请号61/140255的非临时专利申请，其全文被引用纳入本文。
发明领域
本发明属于被用在建筑业和家俱业中的轻型构筑件的领域。尤其是，本发明涉及将联接件锚固在轻型构筑件中的方法和用于锚固在轻型构筑件中的联接件。
发明背景
轻型构筑件(这种构件的一个重要类型就是轻型建筑板)包括例如由纤维板或金属构成的两个较薄的外构造层和布置在构造层之间的夹层如硬质板蜂窝结构体。这种轻型构筑件在力学方面非常稳固，可能耐看且重量很轻。
但是，因为这些构造层很薄且不适于在夹层中锚固联接件如榫钉，所以难以将物体装接到轻型构筑件中，除了只是将其胶粘到构筑件表面上。在某些场合中，由夹层提供的构造层之间的机械稳定性不够高，将会希望有提供稳定性的附加手段。
发明概述
本发明的目的是提供一种适用于轻型构筑件的联接件的锚固方法和一种相应的联接件。
根据本发明的一个方案，提供一种在轻型构筑件中锚固联接件的方法。联接件包括套筒件和带有杆部的活塞件，其中该杆部由套筒件导引。该活塞件和/或该套筒件至少在头部和套筒部之间界面部分处包含热塑性材料。该方法包括以下步骤：提供联接件；在轻型构筑件的第一构造层中设置通孔；将联接件穿过该通孔，直到远端部分抵靠第二构造层。在这里，可以是套筒件或活塞件或者套筒件和活塞件两者抵靠第二构造层。于是，该方法包括进一步的步骤，即，在把活塞件压向远端侧时将机械振动耦合输入活塞件中，由此在界面部分的边界靠近周壁(或相对其略微远离)的情况下将套筒件和活塞件之间界面部分处的热塑性材料液化，并使它从该边界沿径向朝外流并流入第一构造层结构内和/或沿着第一构造层内表面(即，面对第二构造层的表面)流动。在重新凝固后，该热塑性材料部分形成与第一构造层的形配连接。
至少在在所述界面部分处液化的阶段中，套筒件抵靠第二构造层的表面，而此时压力被施加到活塞件上：该联接件在第二构造层和施加压力的工具之间被“压缩”。
因而，根据此方案，在该过程中被液化的热塑性材料的至少一部分的液化在套筒件和活塞件之间界面处并在机械振动和压力联合施加的情况下实现。已经发现，与例如US6913666所教导的、在与建筑材料的接触界面处的液化相比，本发明方法有时更容易控制，尤其就第一构造层较薄这一事实来说，将会难以施加侧向压力，不过还是希望锚固在第一构造层之中和/或之处。
而且，导致在第一构造层之中和/或之处锚固的液化过程变成独立于第一构造层材料的性能、尤其是机械强度。此外，通过选定的方法有效防止热塑性材料朝近侧折断。
如以下更具体解释，在一个优选用于许多应用的实施例中，该方法与在第二锚固位点接触第二构造层的热塑性材料的液化相结合。这导致在两个高度上锚固，因而获得更高的锚固强度。
该轻型构筑件例如可以是属于可用在家俱业或建筑业中类型的轻型面板，或者也可以是其它构件，其包括两个由比较致密材料构成的构造层和在两者间的密度明显较低的夹层(或空隙)。这些构造层可以是相同材质的，或是不同材质的，可用的材料包括木材、木材复合品如纤维板、金属(如铝)、塑料、或这些材料的复合材料例如涂覆有塑料的纤维板和其它任何合适的充分机械稳固的材料。夹层(如果有)可以是硬质板蜂窝结构、泡沫材料例如泡沫塑料或金属泡沫材料、其它柔软绝缘材料(例如矿物棉)等。
在热塑性材料部分流入至少第一构造层的结构中的情况下，构造层材料含有以下当中的至少一种：
-表面中的多个敞露的孔；
-表面中的其它结构(例如带底切口的多个凸棱的排列结构)；
-非均质特性，其使得液体在压力下渗透表面成为可能，由此在表面上产生多个被液体填充的孔。
除此之外或作为替代，这个构造层或者这些构造层可以包括热塑性涂层，甚至由热塑性材料构成。于是，可以使所述热塑性材料部分被超声焊接到该构造层的热塑性材料上。
除此之外或作为替代，热塑性材料可以沿第一构筑件的内表面向外流入到构造层之间间隙中，由此可以使夹层材料(如果有)移位。这将产生抽芯铆钉类型的效果，它造成或加强联接件的锚固，尤其是抗拉力地固定了联接件。如果活塞件和套筒件另外地在锚固过程中通过超声焊接作用被联接(见以下)，则整个装配结构的稳定性可以得到额外加强，尤其当套筒是金属-非金属复合套筒时。
活塞件可相对套筒件移动的方向限定出轴向。关于该轴向，该联接件的近端侧和远端侧也被限定，其中“近端”更靠近联接件被插入的地点，而“远端”是沿联接件被插入的方向进一步远离。
发生液化处的界面部不平行于该轴向。该联接件的活塞件可以除了杆部外还包括直径较大的头部(在联接件不一定是旋转对称的通常情况下，“较大直径”被理解为是指包含较大面积的外轮廓，“直径”一般可以与在垂直于轴向的截面中外轮廓所包含的面积的尺寸相关)。头部的远端面和套筒件的近端面于是在锚固开始和/或锚固持续过程中共同限定热塑性材料被液化处的该界面部分。于是在活塞件包括头部的该实施例中，活塞件和套筒件中的至少一个在该界面部分处包含热塑性材料。
头部(如果其直径约等于通孔的话)除提供表面部外还具有将该构造密封以防液化材料流向近端侧并流出通孔的功能。由此，它消除在近端侧伸出表面外的热塑性材料的不希望有的后果，并且它提高可能有的作用于液化材料的压力(假如提供一定的压力)并改善锚固效果。但是，因为液化发生在活塞件和套筒件之间界面处，所以通孔尺寸和头部直径之间的公差并不重要。
该头部的轴向延伸尺寸(厚度)可以大约对应于第一构造层的厚度。具体地说，优选保持以下关系d1/2＜dh＜2d1，其中，d1是第一构造层的厚度，dh是头部的厚度。
活塞件的远端面和套筒件的近端面不必相互平行，而可以是倾斜的。在后者情况下和/或如果杆部比套筒件长，则活塞件和套筒件无需在最初(在机械振动开始时)就马上在周向孔壁附近直接相互接触。不过，根据本文所用的定义，界面还是保持靠近周向孔壁，因为在处理过程中，液化材料会沿径向向外流动并流入第一构造层之中和/或沿第一构造层内表面流动。
套筒件和活塞件中的至少一个(优选是至少活塞件，尤其当活塞件的杆部比套筒件长)可以包含也在远端面处的热塑性材料部分。因为有机械振动的作用，所以也可以使这样的远端热塑性材料部分在远端面处熔化，并且也可以使液化的热塑性材料部分流入第二构造层的结构中并且造成联接件被锚固于其中。套筒件在这样的情况下最好在远端面至少部分紧密地包围活塞件，从而它防止活塞件的液化材料在远端面处沿径向外流。
尤其是，活塞件和/或套筒件可以由热塑性材料构成。如果活塞件和套筒件两者均由热塑性材料部分构成，则它们可以由相同的热塑性材料或者不同的热塑性材料构成，该热塑性材料优选能相互焊合。
如果活塞件包括热塑性远端部，则活塞件的整体长度最好大于第一和第二构造层之间距离加上第一构造层的厚度，并且例如约等于整个轻型构筑件的厚度。
并且，于是在一个实施例中，活塞件杆部的长度大于套筒件的长度，从而锚固首先在活塞件的远端开始，只有在活塞件已经被移入到第二构造层中一定程度之后，才在界面处出现压力。此实施例在与第二构筑件的接触所开始的液化比在活塞件和套筒件之间界面处的液化需要更高的压力的常见情况中是优选的。因此，由于活塞件杆部和套筒件之间的长度差异，所以保证了锚固也发生在联接件的远端上，于是，锚固发生在两个高度水平面上，这对锚固有利。
而且，如果联接件包括远端热塑性材料部分，则把活塞件压向第二构造层的压力或许可以在机械振动之前开始，从而在一定程度上使热塑性材料进入第二构造层材料，如7160405所述，其全文被引用纳入本文。
如果活塞件包括用于锚固在第二构造层中的远端热塑性材料部分，则套筒件(无论它是否包含远端热塑性材料部分)可以帮助改善锚固效果，因为它防止液化的热塑性材料部分沿第二构筑件内表面径向外流。
在第一构造层是木头的或复合木材的或其它多孔材料或非均质材料的实施例中，套筒件的长度最好被选择为在液化开始时该套筒件的近端面和活塞件之间的界面靠近通孔周壁。这意味着套筒件的长度大于构造层之间的距离并小于构造层之间距离加上第一构造层厚度。套筒件的直径优选对应于活塞件头部的直径。
套筒件可以呈管状并且完全套住该杆部的轴向段。作为替代方式，它也可以包括多个开口、狭缝或其它结构。
活塞件和/或套筒件可以(可能除了导能器外)关于围绕轴线的一圈是对称的，但这不是必须的。活塞件可以包括轴向通孔或者包括不同于全旋转体的其它结构特征，以减少材料用量。
虽然活塞件和套筒件如上所述地可以由热塑性材料构成，但存在提供复合联接件是有利的多种应用场合，在这里，活塞件和套筒件中的至少一个包括机械强度更高的成分例如金属成分。如果例如套筒件或杆部或其一部分是金属的，这将会增强抗冲击性能并提供附加的强度和刚性。
以下，由在第一构造层内的孔周壁处(或其远侧附近)的液化(且再凝固)的热塑性材料部分造成的锚固被称为第一锚固，其位点被称为第一锚固位点。由在联接件远端和第二构造层中的液化(且再凝固)的热塑性材料部分造成的可能有的附加锚固是第二锚固，其位点是第二位点。
至少造成第一锚固的该液化的热塑性材料部分可进一步造成活塞件和套筒件之间的联接。如果活塞件和套筒件两者都在第一锚固位点包含热塑性材料部分，则可以通过将热塑性材料部分彼此焊接在一起来实现联接，所述焊接伴随着相互接触的热塑性材料部分的液化而自动发生。如果活塞件和套筒件之一没有在第一锚固位点含有热塑性材料(或其热塑性材料熔点比其它相应构件的热塑性材料的熔点高许多)，它作为替代地可以包含结构例如螺纹或多个凸筋或其它底切结构，其可能造成被液化并重新凝固的热塑性材料部分和未液化材料在界面处的形配连接。
此外，如果可能，造成第二锚固的该液化的热塑性材料部分或许也可以造成活塞件和套筒件之间的焊接和/或刚性连接。
活塞件和/或套筒件可以包括导能器，或是在用于第一锚固的界面上，或是在远端面上，或者在两者上。这样的导能器可以是结构导能器，例如如下结构导能器中的至少一个：
-在朝期望发生液化的界面方向与沿轴线的位置相关的横截面缩减部；
-具有各种不同直径的且位于期望发生液化的界面处的至少一个凸起。
但是，导能器可以除此之外或作为替代也由材料性能实现。它们于是可以包括：
-在锚固件(和/或第二和/或第二构件)上的不均匀材料分布，从而在期望发生液化处的界面附近的材料比靠近其它界面(例如相对的界面)的材料吸收更多的机械振动能。例如锚固件可包括相互粘接的两个部分，与第三构件的界面相邻的部分比与第二构件的界面相邻的部分软(或反之)。举另一个例子，锚固件可以包含在整个锚固件长度上具有浓度梯度的软化剂，等等。
联接件可以(这适合所有的实施例)适用于将另一个物体装接到轻型构筑件上(于是起到榫钉或锚固座的作用)和/或用于在构造层之间提供机械稳定性。为了附接另一个构件，联接件可以包括本文未进一步详述的其它结构，例如螺纹、用于夹紧或其它形配连接的保持结构等。这种如此装接另一个构件的机构在现有技术中是已知的，因而在此未作进一步说明。
在锚固过程中，构造层之间的距离可通过夹层(如果有)或布置在构造层之间的其它机构来限定。除此之外或作为替代，构造层之间的距离可以由外部保持机构如保持框等来限定，并且它可通过联接件被固定或进一步稳固。
为制造联接件，可采用从现有技术中已知的多种方法。例如，如果联接件完全由热塑性材料构成，则它可通过注模法来制造。如本申请所述和所示的由两个部分构成的联接件也适于以用于两个部分的单个模具来制造。这在经济因素方面是尤其有利的。因此根据一个特定实施例，一种联接件制造方法包括提供带有通过桥接部(其构成预定断裂位置)相连的活塞件和套筒件的复制阴模的单个模具，通过将热塑性材料注入模具中来注模成型该联接件。在热塑性材料冷却后打断该桥接部以分离活塞件和套筒件的最后步骤可以在工厂内完成，或者可以由使用者在锚固过程中完成，即，该联接件在插入步骤中在直到远端部抵靠第二构造层之前都还可以包含桥接部。那么，套筒件和活塞件可在轴向上彼此相对移动的性能当然应该被理解为“桥接部断裂后”的性能。
附图简介
以下，参见附图来描述本发明的多个实施例。附图是示意性的，没有按照比例绘制。在附图中，相同的标记表示相同的或相应的构件，附图所示为：
-图1a和1b分别示出安放和锚固在轻型构筑件中的联接件的第一例子；
-图2和3示出图1a的配置结构的变型方案，其中第二构造层被开孔；
-图4-12示出联接件或其活塞件或套筒件的替代实施例；
-图13a和13b示出带有金属构造层的配置结构；
-图14-16示出非旋转对称的活塞件的俯视图；
-图17-20示出联接件的其它替代实施例。
优选实施例说明
图1a的轻型建筑板包括第一构造层1、第二构造层2和在第一和第二构造层之间的夹层3。第一和第二构造层可以具有相同的或不同的材料成分。它们例如可以由木系材料例如复合木材如纤维板(刨花板，中密纤维板，或者硬质板)等构成。两个构造层的构造层厚度d1、d2可以相等或不同，并且例如可以在1mm至15mm、尤其是2mm至10mm之间。构造层之间距离dI可以在大范围内选择，这取决于需要。它通常在20mm至50mm之间，但不排除其它距离，因为距离dI对于本发明大多数实施例来说不是关键数字。
夹层3例如可以是由硬质板构成的蜂窝状结构，或者是轻型绝缘(绝热)材料例如泡沫材料或泡沫塑料，或是具有间隔的框架结构等。总体上，夹层3可具有将构造层1、2相互连接、限定两者间的距离和绝缘(绝热)的功能，它可以具有承受剪切力的功能和/或本领域所知的其它功能。在以下所述的锚固过程中，夹层3可具有固定构造层1、2之间距离和/或承受剪切力的功能，但此外没有任何决定性作用。如果构造层之间距离以其它方式例如临时保持件被固定，则夹层是可选设的，以下描述的锚固方法可能适用于将第一和第二构造层连接在一起。
第一构造层1配设有通孔5，联接件11被插入其中。
联接件11包括套筒件12和活塞件13。在所示实施例中的活塞件具有轴向通孔14，即活塞件是空心的。该活塞件包括杆部13.1和头部13.2。因为该头部沿径向延伸超出该杆部，所以它形成朝向套筒件的近端面12.2的远侧头端面13.4。
在所示的实施例中，活塞件和套筒件关于绕轴线15的一圈是基本旋转对称的。至少联接件外轮廓的这种对称性是尤为有利的，因为这样的话，该联接件适合被插入圆形的通孔5，该通孔容易用标准工具来加工。但是，旋转对称不是必须的，因为锚固过程中并不要求旋转对称。例如，椭圆形外轮廓或局部平直的外轮廓也是可行的。实际上，在一个方向(纵向)上延伸的任何形状都是可行的。
杆部的外横截面基本上对应于套筒件的内横截面，并且活塞件可以相对套筒件被轴向移动并由此通过杆移动。在所示实施例中的杆部为圆柱体形，但这也不是必需条件。套筒件的外横截面基本上对应于头部的外横截面，头部的外横截面基本上对应于第一构造层中的通孔的横截面。
该杆部优选具有大于套筒件长度的轴向延伸尺寸(长度)，从而当杆部的和套筒的远端面抵靠在第二构造层内表面上时，如果套筒件12和活塞件13两者贴靠第二构造层2的内表面，则在套筒件12的近端面和头部13.2的远端面之间有间隙16。
此外，头部的厚度(轴向延伸尺寸)大致对应于第一构造层的厚度，整个活塞件的长度约等于轻型构筑件的厚度，套筒件的长度大于(或至少约等于)构造层之间距离，进而大于夹层3的厚度。
该活塞件在远侧方向朝向远端面13.5渐缩。在所示的实施例中，该渐缩部通过通孔14向远侧逐渐扩宽而形成。这是有利的，因为它允许活塞件在第二构造层的界面处接触到套筒件并被套筒件紧密包围。但是，除此之外或作为替代，也可以将活塞形状构造成如此渐缩，即其外径朝向远端面逐渐变小。作为渐缩部的替代方式，活塞件根本不渐缩，或者它可以包括其它形式的导能器例如凸筋等。
活塞件的轴向通孔14是可选的。如果没有轴向通孔，则活塞件还得包括朝远端面方向的至少一个导能器，例如通过具有横截面为燕尾形的形状。
在所示实施例中的活塞件和套筒件两者都由热塑性材料构成。用于所有实施例中的联接件热塑性部分的合适材料例如包括像聚酰胺、聚碳酸酯或聚酯碳酸酯或者丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈(ASA)、苯乙烯-丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯或其共聚物或混合物这样的塑料。除热塑性聚合物外，该材料也可包含合适的填料如加强纤维，例如玻璃纤维和碳纤维。一般，具有足够高的刚性和例如至少为0.5GPa的足够高的弹性模量的所有材料可通过超声被局部液化。一般，这些材料是适于超声焊接的材料。特别适用材料的一个例子是ABS。
活塞件和套筒件大体上可以由相同材料构成，或者，它们可以由不同材料构成。如果它们由不同材料构成，则这些材料应优选能相互超声焊接。合适的不同材料组合的例子给活塞件提供加强结构如纤维加强结构，并且给套筒件带来不同加强程度或根本没有加强，而基体材料是相同的。活塞件的纤维加强结构增强了抗冲击性，同时，保持套筒件柔韧从而提高了锚固的韧性。
图1a的联接件的锚固过程包括将振动超声焊头17压到活塞件的近端面13.3上。与所示实施例不同的是，超声焊头可以具有凸榫(或其它形状)用于引导活塞件。活塞件近端面起到耦合输入面作用，这适用于附图所示的所有实施例。在所有的实施例中，振动可以是超声振动。通常，振动频率在2kHz至100kHz范围内，优选在10kHz至40kHz范围内，例如大约20kHz左右。不排除其它频率。产生振动的设备(可在市场上获得)的功率取决于选定的尺寸，它可以在100W至4kW之间。
作为耦合输入平面的补充或替代，耦合也可以通过在以下提到导向结构时部分示出的更复杂的结构来实现。并且，虽然本文所述的实施例全都涉及轴向振动的超声焊头，但这也不是必须的。相反，作为这种振动的补充或替代，也可以想到扭振和/或转动。
将活塞件推压向远端侧的力或许可能在机械振动开始前已经被施加，以便将联接件远端略微压入第二构造层表面。如果振动开始，则这将方便导向并保证输入活塞件中的机械振动的最优化供应。
一旦机械振动被耦合输入活塞件，机械能就会被吸收，尤其在远端面区域内，在远端面13.5处的热塑性材料液化将由此开始。因为同时施以压力且尤其因为被套筒件引导，所以将使液化材料渗透到第二构造层中，以产生第二锚固位点22(图1b)。
由于在压力下的前进运动并由于热塑性材料的远端液化和其第二构造层的渗透，头部远端面13.4将很快接触到套筒件2的近端面12.2。这将开启机械能的吸收以及在此界面的液化。如果套筒件和活塞件如在所示实施例中那样都是由具有大约相同熔点的热塑性材料构成，则两个构件的材料部分将被液化。液化材料将通过径向外流到第一构造层结构中和/或沿第一构造层的内表面流入(最初是空的或填充的)构造层之间空隙中来规避该压力，如在图1b的第一锚固位点21所示出的那样。此外，在第一锚固位点将发生活塞件焊接到套筒件上。依据工作参数，也可以在加工过程中在一定程度上将机械振动耦合输入套筒件并且也在套筒件远端面处造成一些液化，如图1b所示。
活塞件在锚固过程中的向前运动和进而其长度的有效缩短取决于所涉及的材料并且可以在1mm至5mm之间，例如为2-4mm。
液化热塑性材料所渗入的结构可以包括材料的原有结构例如在周向孔壁处的木屑之间空隙。除此之外或作为替代，可以通过与相应材料的非均质性相互作用的液化热塑性材料的压力来产生该结构。在超声振动作用下液化的热塑性材料渗透包括木材或复合木材在内的不同材料的原理例如在US6913666、US7160405、US2008/0047107、WO2008/034278、或未公开申请US60/982449中有所描述，这些文献的全文被引用纳入本文。
图2所示的变型方案与图1的实施例不同之处在于，第二构造层2被预钻孔，即具有(浅)盲孔2.1。盲孔2.1例如可以通过制造通孔5的相同的铣刀或钻头在相同的加工步骤中制造。它保证了用于第二锚固的表面是洁净的，尤其在第二构造层内表面最初例如通过胶、漆等被涂覆的情况下。此外，预钻孔改善了联接件在锚固过程中的导向并且保证了更深的锚固。
图3的变型方案也包括预钻孔。但是，盲孔2.1具有杆部直径，而不是套筒件12直径(像在图2中那样)，活塞件13在锚固过程中受该杆导向。该图的变型方式需要使用不同于用于通孔4的工具来加工盲孔2.1(或者是阶梯形工具)，但是，它的特点是带来了第二锚固包括在两个水平高度上的锚固的附加优点。
在图3的变型方案中，杆部长度和套筒件长度之间的上述可选关系被如此改变，即，套筒件长度加上浅盲孔深度优选小于杆部长度。
盲孔2.1也可以(这也适用于图2的配置结构)可选设地配备有特殊结构例如螺纹部分，以便也针对热塑性材料渗透构造层材料作用弱的情况增强锚固作用。
图2或图3中的结构对于以下所述类型的联接件也可以是选设的，尤其是包括对于图2所示的盲孔，包括图13a/13b的设计结构(锚固在这样的轻型构筑件中，其构造层不适合被液化热塑性材料渗透)，在这里，由盲孔提供的联接件导引也可以是有利的。
虽然图1a-3未示出，活塞件或套筒件或者两者可以包括在头部远端面和套筒件近端面之间界面处的导能器。图4示出的头部包括凸筋13.6，这样的凸筋不过只是例如超声焊接领域的技术人员将知晓的众多导能器实施例中的一个。
图5和图6作为图4所示类型导能器的替代或补充分别示出了头部13.1和套筒件近端面，其包括多个缺口13.7、12.7。这样的冠状结构的作用是方便在该界面处的熔化。冠状结构可作为补充或替代地选设在活塞件远端面和/或套筒件远端面上。
在图7所示的变型方案中，活塞件在头部远端面处向外成锥形渐缩，从而当在锚固过程中时它被压到套筒件上，侧向向外压力作用于套筒件的近端部和液化材料上。因此，图7示出在头部远端面和套筒件近端面之间的非水平界面的一个例子。
图8的联接件的实施例与图1a的联接件的区别在于，活塞件13和套筒件12均在远端面具有导能器。具体地说，所示实施例的套筒件在远端朝向活塞件渐缩。
在图9的实施例中，活塞件14不必具有轴向通孔，而是活塞形实心体。在远端面，它包括导能器，即它的横截面为燕尾形。图9的实施例尤其适用于尺寸设定为具有小的直径，例如用于节省空间的布局，或者如果因为某个原因而不希望第一构造层中有较大的通孔。
图10-13b针对不是完全由热塑性材料构成的联接件变型方案。图10的联接件的套筒件12的材料不会因造成活塞件热塑性材料液化的机械振动而液化。具体地说，在所示实施例中的套筒件12是金属的，例如由铝或钢构成。在近端面附近，它包括多个结构12.3，其适合与活塞件的液化且重新凝固的热塑性材料一起构成将活塞件和套筒件紧固在一起的形配联接。
图10的实施例的工作原理可以取决于该轻型构筑件的选定配置结构地与参照图1a和1b所述的配置结构相似，即，通过吸收机械振动能而液化的活塞件热塑性材料分别在第一和第二锚固位点渗透了第一和第二构造层的材料，和/或热塑性材料在第一锚固位点处被径向向外压迫，以便沿第一构造层内表面流动并由此以抽芯铆钉形式起作用。
如果这些构造层由热塑性材料构成或含有热塑性材料，则作为补充或替代，该过程可以与图1a和1b所示的过程相似，区别在于连接是层和联接件之间的焊接，若联接件和这些层的热塑性材料被选择成它们是可焊接的话。
与之相比，图11的实施例包括活塞件13，该活塞件的材料不会因造成套筒件12的热塑性材料液化的机械振动而液化，即，在所示实施例中是金属，例如铝或钢。活塞件在套筒件12的近端面和头部13.1的界面附近包括适合与套筒件的液化并重新凝固的热塑性材料部分构成形配联接的结构13.8。在图11的实施例中，活塞件的杆比套筒件12短许多，从而活塞件在锚固过程中的轴向运动可以在活塞件远端面未抵靠第二构造层表面的情况下进行。在图11的实施例中，液化也都发生在第一构造层内的通孔周壁的附近和第二构造层表面处。
作为如图所示在近端布置在活塞件上的结构13.8的补充或替代，活塞件也可以具有更靠远侧的结构(未示出)，尤其当活塞件的杆的长度足以在锚固过程结束时够到第二构造层表面。当然，该结构也可以散布在杆的整个长度上，例如，杆可以具有从远侧向上延伸到头部的螺纹。
图12表示联接件的一个例子，其中活塞件13和/或套筒件12是复合金属/热塑性构件。在图12中，活塞件13和套筒件12两者均含有金属部分13.9/12.9和与金属部分刚性连接的热塑性部分13.10/12.10(例如通过未示出的形配联接、胶粘剂或其它手段)。可以想到许多设计构造，条件是，在第一锚固位点并且优选也在第二锚固位点，活塞件和套筒件中的至少一个含有热塑性材料。
参见图13a和13b，示出一种将联接件锚固在轻型构筑件中的方法，轻型构筑件包括构造层1、2，构造层的材料不带有能被液化热塑性材料渗透的结构。在所示的实施例中，这两个构造层1、2都是金属的，例如是薄铝板。夹层例如泡沫材料可以位于构造层之间，虽然该图为没有示出这样的可选设的夹层。与上述的实施例(除了图11所示的实施例)相比，杆部13.2的长度小于构造层之间距离。在锚固过程中，与在其它实施例中一样，活塞件13被超声焊头17施以压力和机械振动。套筒件靠置在第二构造层上，并且热塑性材料部分在头部远端面和套筒件近端面之间界面处液化。液化热塑性材料如图13a所示在径向上沿着第一构造层内表面向外流动并且以抽芯铆钉形式阻止联接件被抽出。可选设的结构12.3设置在金属套筒件的外表面上以加强锚固后的联接紧密性。
图13a和13b所示的锚固方法的变型方式当然也可以利用热塑性套筒件和/或金属活塞件和/或活塞件和套筒件中的至少一个是复合的液化/非液化件来实施。尤其是，图13a和13b的联接件也可以完全由热塑性材料构成。
套筒件中的结构12.3对于产生套筒件和活塞件之间更好的联接是有利的，但是它们不是必须的，因为抽芯铆钉作用也紧固该套筒件以防移位。
图13a和13b的实施例也可以类似于图3的配置构造地被锚固在轻型构筑件中，在这里，第二构造层2具有盲孔。于是，活塞件杆部可以比套筒件长度长，设于远端的热塑性材料的液化可以在接触第二构造层的情况下发生。在此配置构造中，盲孔还包括螺纹结构或其它底切结构，从而通过液化和重新凝固的热塑性材料发生锚固。
除此之外或作为替代，第一构造层可以沿通孔周壁配设有螺纹结构或其它保持结构以加强锚固效果。
在一个例子中，提供以下特征组合：
-第一构造层具有螺纹(或构成底切的类似结构)；
-第二构造层具有盲孔，盲孔直径大致对应于活塞件杆部的直径，并且盲孔具有螺纹(或构成底切的类似结构)；
-活塞由热塑性材料构成，至少在接触两个构造层的部位；
-套筒件的长度对应于构造层之间的距离；
-活塞件的杆部比套筒件长。
接着在锚固过程中，活塞件的第一热塑性材料将在远端液化，流入盲孔的螺纹(或其它)结构。接着，头部将开始支承在套筒上，热塑性材料将在相应界面处液化。它将沿螺纹回流并且将活塞件头部与第一构造层联接。
虽然上述实施例的联接件可能除了对称的缺口、冠状结构或其它导能器之外总体上基本关于绕轴线15的圆圈是旋转对称的，但这决不是必须的。图14仅举例示出非旋转对称的联接件的活塞件13的替代头部13.1的俯视图。虽然在所示实施例中(可选设的)槽孔14为圆柱形，但对杆部13.2以及对套筒件(未示出)而言都可能不是这种情况。更概括地说，本文所述的理念适用于联接件的几乎任何横截面形状，只要头部的形状大致适应于第一构造层内的通孔5的形状，或反之。
这样的非旋转对称设计结构对于所有上述实施例的原理是可行的，因此图1a-13b全都可以与联接件非旋转对称设计相关联。
图15表示带有星形联接件的变型方式，它具有多个径向突出的翼部。在这个所示的变型方式中，杆部13.2为圆柱形，但或许也可以是星形的。如果是高载荷支承材料的话并因此就抗拉力的阻力和抗扭力的阻力而言，具有针对给定外径的大外表面的这样的实施例是有利的。其它形状包括torx星型形状、矩形或五角形、六角形、三角形...或者例如图16所示的T杆形。矩形或T杆(或双T杆)形状就扛弯曲力强度而言是特别有利的。并且
图17示出的联接件由热塑性材料构成并且可以与图1a的联接件相似地在两个锚固位点上被锚固，这是通过渗透构造层结构和/或以抽芯铆钉形式和/或通过焊接到构造层的热塑性材料。但是与先前附图所示的实施例相比，联接件的直径比较大，并且例如大于其轴向延伸尺寸。图17所示类型的联接件例如可以用于容纳待锚固在轻型构筑件中的较大构件例如暗装铰链。为此，活塞件可以在轴向孔14内表面上包括例如也可以不是旋转对称的相应结构(图17未示出)。在所示的实施例中，活塞件此外包括示意所示的可选设的用于增强机械稳定性的桥接部13.11。在通孔14中的这样的桥接部或梁板状结构等(如果有)也构成与旋转对称构造的不同之处并且可以在因为稳定性或加工缘故而需要如此的任何实施例中。
虽然图1a和13a仅示出超声焊头17和活塞件之间的接触为平面，但不一定要是这种情况。尤其对于牵涉手动步骤的场合，可能希望预见到超声焊头也具有导向功能。图18所示的超声焊头17包括导销，它从接触活塞件近端面13.3的耦合面上突出。这样的导销17.1可方便联接件的插入并在锚固过程中提供机械稳定性，尤其是如果联接件的材料强度造成在没有销的情况下会发生联接件在锚固过程中溃塌。在这样的配置中，导销可以从内侧支承活塞件，例如支承活塞件长度的大部分。还进一步发现，在某些设计构造中，这样的导销可能有助于稳定整个过程并减少所需的能量。
在所示的实施例中，导销还包括用于保持联接件的保持结构17.2。如果有这样的定位结构和/或如果超声焊头的导向结构紧密装入活塞件的对应结构(在所示实施例中为通孔14)，则联接件可以在安放就位于轻型构筑件中之前被安装在超声焊头上。
图19示出一个实施例，其中用于容纳导销(或导向榫，概括地说，可以采用任何导向结构)的结构不是由活塞件13内的轴向通孔形成，而是由近端盲孔13.12形成。此外，示出远端盲孔13.13，其作用是在远端弱化活塞件以方便实现热塑性材料的熔化-与图9的燕尾结构相似。概括地说，在大多数先前实施例中所述通孔决不是必需的，但除也通过盲孔13.12、13.3获得的功能和/或潜在用于在其中锚固其它构件的功能之外，它仅具有略微减少材料用量的作用，取决于应用场合，不是在所有情况下都希望如此，因此，缺少轴向通孔的实施例可能是包含通孔14的上述实施例的一个好的替代方式。
在图1a/1b、图2、图3、图8、图9-13、图17-19的实施例中，如此形成活塞件，活塞件的头远端面13.4大致水平并形成肩部。图7示出了活塞件的非水平的渐缩的远端面的一个例子。图20表示在杆部和头部之间的渐缩部段的另一个例子。图20在左侧示出锚固之前的联接件，在右侧以示意性的局部截面图表示锚固过程中的联接件(图20未示出超声焊头)。头部的渐缩部比较长，几乎延伸到活塞件近端面(可以使渐缩部段延伸到活塞件的最近端)。套筒件12包括至少一个近端的、轴向延伸的狭缝12.11，它允许套筒部的近端在径向上偏离以屈服于来自承受轴向压力的渐缩部的向外压力。由此，在锚固过程中的向外压迫的作用得到增强。右侧所示的联接件有相当多的材料部分沿径向向外且沿第一构造层1的内表面偏移的。

Claims (15)

1.一种在轻型构筑件中锚固联接件的方法，该轻型构筑件包括第一构造层和与第一构造层间隔安置的第二构造层，该方法包括以下步骤：
提供联接件，它包括套筒件和活塞件，该活塞件包括杆部并能沿轴向相对该套筒件移动，而该套筒件至少部分包围该杆部，其中该套筒件和该活塞件中的至少一个含有热塑性材料；
在第一构造层中设置通孔，该通孔具有周壁；
插入该联接件，直到该联接件的远端部靠置在第二构造层上；
在把该活塞件压向该远端侧的同时，将机械振动耦合输入该活塞件，由此在该套筒件和该活塞件之间的界面部在该界面部靠近该周壁或相对该周壁在远侧的情况下将该热塑性材料的至少一部分液化，由此产生液化的热塑性材料部分，并且使该液化的热塑性材料部分的液化热塑性材料沿径向向外流入到第一构造层的结构中和/或沿第一构造层的内表面流动；
让该液化的热塑性材料部分重新凝固以形成同第一构造层的形配联接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，该活塞件和/或该套筒件的热塑性材料分别包括在该活塞件和/或该套筒件的远端上的远端热塑性材料部，在将该活塞件压向远端侧的同时将机械振动耦合输入该活塞件的步骤中，该远端热塑性材料部分的至少一部分因机械振动的作用而被液化并且被压入第二构造层的结构中，从而在重新凝固后形成同第二构造层的形配联接。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，至少该活塞件包括远端热塑性材料部分，该活塞件的轴向延伸尺寸大于第一和第二构造层之间距离加上第一构造层厚度。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，该杆部的轴向延伸尺寸大于该套筒件的轴向延伸尺寸。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，包括其它步骤：在联接件插入步骤之前在第二构造层中设置盲孔，并且联接件插入步骤包括一直插入该联接件，直到该联接件的远端部抵靠第二构造层中的盲孔的底部。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，该套筒件和该活塞件均含有热塑性材料，其中在把活塞件压向远端侧的同时将机械振动耦合输入活塞件的步骤造成活塞件和套筒件两者的热塑性材料部分熔化，其中让液化的热塑性材料部分重新凝固的步骤在该活塞件和该套筒件之间形成焊接。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，该套筒件和该活塞件中的至少一个含有不会因机械振动而液化的材料，并且具有适合在不可液化材料中形成形配联接的多个结构，其中在把活塞件压向远端侧的同时将机械振动耦合输入活塞件的步骤造成热塑性材料部分流入这些结构。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，该活塞件包括头部，该头部的外轮廓基本对应于该通孔的横截面。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，该套筒件的外轮廓基本对应于在第一构造层中的通孔的横截面。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，该套筒件的轴向延伸尺寸ls符合以下关系dI-d1/2＜ls＜dI+d1，其中，dI是第一和第二构造层之间距离，d1是第一构造层的厚度。
11.一种用于锚固在轻型构筑件中的联接件，尤其通过根据前述权利要求之一所述的方法，该轻型构筑件包括第一构造层和与第一构造层间隔布置的第二构造层，
-该联接件包括套筒件和活塞件；
-该活塞件包括头部和杆部并且能在轴向上相对该套筒件移动，同时该套筒件至少部分包围该杆部；
-该活塞件还具有不平行于该轴向的耦合输入面，该耦合输入面用于将机械振动耦合输入该活塞件；
-该活塞件和该套筒件中的至少一个含有热塑性材料，该热塑性材料的一部分能在该活塞件和该套筒件沿轴向被压迫合拢的情况下在该活塞件和该套筒件之间的不平行于该轴向的界面处利用通过该耦合输入面被耦合输入该活塞件的机械振动被液化。
12.根据权利要求11所述的联接件，其中，该活塞件和该套筒件均由热塑性材料构成。
13.根据权利要求11所述的联接件，其中，该活塞件和该套筒件中的至少一个含有金属部分并且例如完全是金属的。
14.根据权利要求11至13之一所述的联接件，其中，该活塞件和该套筒件中的至少一个包括导能器，该导能器或是由热塑性材料构造配置，或是安置在当该套筒件和该活塞件被压迫合拢时构成与热塑性材料的界面的非热塑性部分上。
15.根据权利要求11至14之一所述的联接件，其中，该活塞件的头部朝向远端侧渐缩，并且该套筒件具有从远端向远侧延伸的狭缝。
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