CN109789640B - 将第二物体锚固至第一物体 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个方面，提供一种将连接器锚固在第一物体中的方法，其中第一物体包括低密度层，该低密度层包括多个离散元件和多个离散元件之间的充气(空的)空间的布置。该方法包括提供连接器，该连接器具有通过机械振动可液化的可液化材料如热塑性材料，使该连接器与该低密度层接触，将所述连接器压靠在该低密度层上并将机械振动能耦合入该连接器以使该连接器穿透到低密度层中而使多个离散元件变形，直到可液化材料的流动部分变得可流动并与变形的多个离散元件之间的空间互穿，从而产生可液化材料和变形的离散元件的交缠结构，以及停止机械振动能并使该流动部分重新固化以将该连接器锚固在该低密度层中。

Description

将第二物体锚固至第一物体

技术领域

本发明涉及机械工程和制造领域，尤其是机械制造领域，例如汽车工程、飞行器制造、铁路车辆和机车的建造、造船、机械制造、玩具制造等。特别涉及将第二物体机械地固定在第一物体中的方法。

背景技术

在汽车、航空和其它行业中，已经倾向于弃用仅为钢的结构而使用轻型材料代替。

新结构材料元件的示例是包括两个外部的、相当薄的结构层以及布置在结构层之间的中间层(内衬层)的轻质结构元件，该结构层例如由纤维复合材料(如玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料)、金属片材、或者取决于行业由纤维板制成，该中间层(内衬层)例如是纸板或其它材料的蜂窝结构或轻型金属泡沫材料或聚合物泡沫材料或陶瓷泡沫材料等或分开的距离保持器的结构。这种轻质结构元件可以称为“夹层板”，并且有时被称为“中空芯板(HCB)”，它们机械稳定并且看起来很舒适，而且具有相对低的重量。

此外，同样轻质的其它结构元件，如所述夹层板的内衬层，包括通过具有充气腔而具有相对低密度的结构层，例如泡沫材料。

新材料在结合这些材料的元件尤其是将稍平的物体结合至其它物体时带来新的挑战。这方面的一个示例是在汽车、航空、造船和其它工业中将增强件(“纵梁”等)结合到稍平夹层板结构，或者在夹层板中为铰链、螺钉、螺栓等提供锚固点。

另外，根据现有技术，必须在它们的制造期间提供夹层板结构中的增强件，并且还必须在制造期间增加连接元件。如果随后添加它们，则夹层芯必须随后填充泡沫材料以紧固连接器，这是高成本且耗时的。

为了应对这些挑战并消除可能的缺陷，汽车、航空和其它行业已经开始大量使用粘合剂结合。粘合剂结合可以轻而坚固，但是存在不能长期控制可靠性的缺点，因为几乎不可能在没有完全破坏该结合的情况下检测到例如由于脆化的粘合剂而导致的弱化的粘合剂结合。此外，粘合剂结合可能导致制造成本的上升，这是由于材料成本以及由于缓慢的硬化过程而导致的制造过程中的延迟，特别是如果彼此待连接的表面具有一定的粗糙度，并且由此导致不能使用快速硬化的薄层粘合剂。此外，粘合剂结合的强度取决于待连接元件的最外层的强度。

WO93/12344公开了一种将保持部件固定在预制部件的凹槽中的方法，该预制部件具有热塑性材料芯，例如具有蜂窝状结构。保持部件被压入预制部件中并旋转直到保持部件被焊接到芯。该方法限于热塑性芯材料上的应用，从而可能产生必要的焊接。而且，芯层在保持部件穿透的地方熔化，因此保持部件仅沿其周边相对于芯层锚固，由此芯层需要相当大的密度以使保持部件以足够的锚固强度锚固。类似地，WO2015/162029公开了用于放置定位元件的方法，该定位元件被旋转以被驱动到部件中以产生焊接接合。该方法还包括仅将定位元件沿其周边锚固，取决于部件的材料，这限制了锚固强度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种将连接器机械地固定至第一物体的方法，该方法克服现有技术方法的缺点。尤其是，本发明的目的是提供一种将连接器机械地固定至轻质结构元件的方法，该方法具有成本低、高效且快速的潜在优势，并且如果轻质结构元件的芯层具有低密度，则具有显著的锚固强度。

根据本发明的一个方面，提供一种将连接器锚固在第一物体中的方法，其中该第一物体包括第一结构层和粘附至该结构层的低密度层，该低密度层包括含有充气腔的结构，其中第一结构层的第一密度高于低密度层的第二密度，该方法包括：

-提供第一物体并提供连接器，该连接器具有通过机械振动可液化的可液化材料，例如热塑性材料；

-使连接器与低密度层接触；

-将连接器压靠在低密度层上并将机械振动能耦合入连接器，以使低密度层在连接器和第一结构层之间被压缩，以产生低密度层的压缩部分，其中压缩部分具有压缩结构，直到可液化材料的流动部分变得可流动并被压入压缩部分的结构中；

-停止机械振动能并使流动部分重新固化，以将连接器锚固在保持压缩结构的压缩部分中。

特别地，压缩结构可具有高于第二密度的密度。

与低密度层相比，结构层将更薄且更致密(并且通常也比低密度层限定的平均硬度更硬)。

根据第一组例子，低密度层可以是由固体泡沫材料形成的层，例如金属或塑料(但不可液化的)泡沫材料层。

在第二组例子中，低密度层包括第一材料的元件结构(例如纸板或其它纤维结构或塑料材料或薄金属片)和第二材料的粘合剂。第二种材料尤其可以是泡沫材料。

例如在WO2008/080238和WO2010/072009中，已经提出通过在夹层板中形成孔来将包括热塑性材料的连接器锚固在夹层板中，该孔穿过结构层和内衬层中的一个，并且随后通过液化一部分热塑性材料以相对于第一结构层和第二结构层两者锚固该连接器。然而，这种方法的缺点在于，由于厚度小，取决于夹层板结构，连接器只可以粘结至非常有限的第一/第二结构层材料上。另一方面，内衬材料通常不具有足够的密度和稳定性以便在其中发生锚固。

本发明通过提出将连接器压入低密度层(该低密度层可以是夹层板的内衬层)并且例如使用由此使低密度层局部变形以产生结构(该结构适合于被热塑性材料互相穿透)的事实来解决这种困境。

低密度层还提供机械阻力，这是操作者能够施加压下力所必需的。当机械振动起作用时，压下力对于引起足够的摩擦(外部摩擦和可能的内部摩擦)是必要的。由于根据本发明的方法，由于与远端接触的低密度层的压缩增加，压下力可随着连接器的远端接近第一结构层而增加。

即使内衬相对柔软，已经观察到如果流动部分足够大，这将导致通过流动部分与低密度层的变形部分互穿在低密度层的材料中形成强锚固。因此，在重新固化后产生低密度层的变形部分与可液化材料交缠的共同结构。除了可液化材料可能粘附到变形部分之外，这也将导致形状配合连接，因为即使低密度层最初仅由竖向结构组成，变形也不可避免地导致底切。

与前面讨论的现有技术方法形成对比，其中连接器在旋转时被压入低密度层，根据本发明的各方面的方法基于压下力与机械振动例如纵向振动的组合。归因于此，低密度层的材料不会相对于连接器向外移出并移位(这通常是旋转连接器的情况)，但是低密度层的材料保持在侧向位置，处于该侧向位置该低密度层的材料可以与可液化的材料互穿，从而有助于锚固。因此，所要求保护的方法提供了优于现有技术的显著优点，特别是对于密度非常小的低密度层。

根据本发明的第二方面，提供了一种将连接器锚固在第一物体中的方法，其中第一物体包括低密度层，该低密度层包括多个离散元件和在多个离散元件之间的充气(空的)空间的布置，该方法包括：

-提供第一物体并提供连接器，连接器具有通过机械振动可液化的可液化材料，例如热塑性材料；

-使连接器与低密度层接触；

-将连接器压靠在低密度层上并将机械振动能耦合入连接器，使连接器穿透到低密度层，直到可液化材料的流动部分变得可流动并使其与变形的多个离散元件之间的空间互穿，从而产生可液化材料和离散元件的交缠结构；

-停止机械振动能并且使流动部分重新固化，以将连接器锚固在低密度层中。

多个离散元件是离散的，因为它们具有通过充气空间与其它元件隔开的部分。这并不排除所述元件彼此物理接触。在实施例中(例如当离散结构是塑料材料时)，甚至可能所述元件或所述元件的一些彼此是一件式的(不排除物理连续性)。特别地，离散元件可以基本上竖向地延伸，即大致平行于压下力方向(近远方向)。多个离散元件可以例如形成竖向延伸的多个壁的结构。

在实施例中，将连接器压靠在低密度层上并将机械振动能耦合入到连接器以穿透到低密度层中的步骤可以包括这样做以使离散元件变形，其中所得的交缠结构是可液化材料和变形的多个离散元件的交缠结构。

然而，在其它实施例中，离散元件不必在该过程期间变得基本上变形。这尤其涉及形成为基本上竖向的多个壁的多个离散元件，所述壁即基本上垂直于由(多)层限定的平面延伸的壁。特别是如果构成离散元件的壁连接到稳定结构，例如蜂窝结构。在这些实施例中，壁的近边缘具有能量导向特性，即连接器的热塑性材料在与壁的近侧边缘接触的地方倾向于显著液化，从而连接器可以连续地压入低密度层。

特别地，在实施例中，可以在连接器没有任何显著旋转的情况下执行将连接器压靠在低密度层上并将机械振动能耦合入连接器的步骤。因此，竖向壁可以保持基本上完整而不会在该过程中移位，从而它们的强度和它们锚固在第一物体中的强度可以用于锚固连接器。

更一般地，离散元件可以例如是一维或二维的并且可以至少部分地竖向地延伸。这些元件的例子包括纸板或其它纤维结构或塑料材料或薄金属片的元件。

特别地，低密度层可以是夹层板的内衬层，除了内衬层之外，夹层板还包括第一结构层和第二结构层，该第一结构层和第二结构层夹着低密度层。第一结构层和第二结构层比低密度层更薄且更致密(并且通常也比定义的低密度层的平均硬度更硬)。

在这些实施例中，低密度层通常占据第一物体总体积的大部分，例如至少70％。

特别地，在这样的实施例中，该方法可包括提供第一物体，其中第二(近侧)结构层的一部分被移除以产生进入孔并由此产生低密度层的外露部分。为此，该方法可包括移除第二结构层的一部分的步骤，例如通过钻孔。

低密度层的外露部分尤其位于第二结构层的正下方，由此连接器能够通过进入孔的竖向(远侧)运动被压靠在低密度层中并进入低密度层。

被移除部分可以限定出第一物体的附接部位，其中使连接器与低密度层接触的步骤包括使连接器在外露部分处和/或外露部分周围与第一物体接触。

在实施例中，进入孔可以相对于连接器的尺寸即相对于连接器的水平横截面尺寸是较小的。

根据本发明的第三方面，提供了一种例如根据第一和/或第二方面的将连接器锚固在第一物体中的方法，其中第一物体是夹层板，包括第一结构层、第二结构层和夹在该第一结构层和第二结构层之间的低密度层，并且该低密度层包括多个元件和充气空间的结构，该方法包括：

-提供第一物体，其中第二结构层部分地被移除或破坏，以在第二结构层中产生进入孔，以便在不移除低密度层的情况下进入低密度层，

-提供连接器，该连接器具有通过机械振动可液化的可液化材料，例如热塑性材料；

-使连接器与低密度层接触；

-将连接器压靠在低密度层上并且将机械振动能耦合入连接器，使连接器穿透到低密度层，直到可液化材料的流动部分变得可流动并使其与多个元件之间的空间互穿，从而产生可液化材料和元件的交缠结构；和

-停止机械振动能并使流动部分重新固化，以将连接器锚固在低密度层中。

特别地，在实施例中，将振动能压入并耦合入连接器的步骤也可以引起元件的变形，其中，互穿的空间是多个变形元件之间的空间，使得产生可液化材料和变形元件的交缠结构。

元件的变形可以是任何变形，该变形包含破坏(如果元件相对脆弱)、包含由于热输入导致的至少部分软化或熔化的变形、破坏和/或塑性变形和/或被破坏部分的位移的组合等等。元件的变形可以在连接器材料液化开始之前或同时或之后开始。特别地，不排除连接器由于软化和/或液化的效果而前进到低密度层中。例如，如果元件形成Nomex®蜂窝(或其他Nomex壁结构)，则可能仅通过机械振动的影响使元件瘪塌，而对于聚丙烯蜂窝元件(或其它PP壁结构)，由连接器和元件之间的摩擦产生的热输入通常需要元件瘪塌。

或者，如上文对于第二方面所讨论的，元件在该过程中不一定必须变得显著变形，特别是如果它们形成基本上竖向的壁。将连接器压靠在低密度层上并将机械振动能耦合到连接器中的步骤可以在连接器没有任何显著旋转的情况下进行。

提供具有至少部分地局部移除的近侧(第二)结构层(这可在制造第一物体或此后操作，例如通过钻孔、铣削或其它移除步骤的方法的步骤)的第一物体的上述方法也可应用在第一物体不包括第一、远侧结构层的实施例中，并且也可应用于低密度层的元件足够稳定以使该过程不会导致元件的显著变形的实施例中。

提供局部移除的近侧结构层的第一物体以产生通向底部具有充气空间的低密度材料的进入孔的此步骤将包括使低密度材料/低密度层至少部分完整。

对于使连接器与低密度层接触的步骤，面向近侧方向(即连接器与第一物体接触以及压下力作用的方向)的第二结构层可以在使连接器与低密度层接触之前被部分地移除，以允许连接器和低密度层之间的直接、从头开始的接触，而不必施加大的力。这包括第一物体是通过进入孔从头开始制造的可能性。或者，连接器可用于局部破坏第二结构层，如国际专利申请PCT/EP2017/056734中所述，该专利申请通过引用并入本文(在该申请中，术语略有不同，并且在本文中所谓的“第二结构层”是PCT/EP2017/056734中的“第一结构层”)。

除非另有明确说明，否则以下内容涉及本发明的所有方面：

通过连接器被压入其中而变形的低密度层的元件例如通过弯曲、破坏、压缩等不可逆地和/或塑性地变形。特别是，元件的变形不同于主要的弹性变形，例如弹性体元件的情况就是如此。

在实施例中可以使用的另一个效果是低密度层(其中大体积部分由充气空间构成)与许多材料中的结构层之间的连接包括发泡粘合剂。根据定义，粘合剂很好地粘附在相应的结构层和低密度层上。热塑性材料的流动部分可通过以下一种或多种方式连接到低密度层的发泡粘合剂：

-在流动部分和粘合剂之间的焊接，如果粘合剂具有适于焊接到可液化材料上的材料；

-流动部分和粘合剂之间的粘合连接；

-通过流动部分在粘合剂内的穿透结构，例如孔，如果粘合剂是开放多孔的；

-在粘合剂的不同部分之间和/或在粘合剂的部分与低密度层的其它部分之间产生的穿透结构。

除了粘合剂可任选地是热塑性的并且能够焊接到连接器材料的事实之外，在许多实施例中适合于该过程的内衬材料至少在根据本发明的方法的条件下是固体。

该方法可以包括在停止机械振动的步骤之后将压下力保持一段时间的另一步骤。在一组实施例中，振动停止后的压下力甚至大于振动作用时施加的力。在实施例中，在过程期间的压下力遵循分布并且以受控的方式升高，同时连接器向前移动到低密度材料中。

在停止能量传递的步骤之后保持压下力一段时间可以至少直到流动部分失去其流动能力，取决于连接器的尺寸和第一物体的导热性能，这典型地在在几秒钟内就是这种情况。

然而(这涉及第一方面和第三方面以及进一步包括低密度层的远侧第一结构层的第二方面的实施例)，通常将压下力分布选择成使得第一结构层不被连接器穿透。第一结构层可保持完整，没有实质变形。

在实施例中，低密度层可包括相对于近远方向(相对于第一结构层，如果有的话)竖向延伸的壁的宏观结构，并且压缩部分包括处于瘪塌状态的这种壁。

在实施例中，连接器几何形状可以是使其朝向远端是中空的套管状。

更一般地，连接器通常具有初始尖锐边缘，其可以是周向或中断的，并且可以沿着连接器的最外周延伸，或者可替代地径向向内偏移。

在其它实施例中，连接器不是套管状的而是有基本上填充材料的轴。

连接器不一定具有圆形横截面。相反，它可以具有不同的形状，例如细长形、多边形、T形、H形、U形等。

连接器包括可液化材料，例如热塑性材料。在实施例中，连接器由热塑性材料构成。

在其它实施例中，除了可液化(例如热塑性塑料)材料之外，连接器还包括不可液化材料的主体。

在具有不可液化主体的实施例中，不可液化材料的主体不同于仅是大量颗粒的填充物，而是具有确定位置和取向的宏观主体并且具有实际尺寸例如连接器体积的至少10%，和/或在任何尺寸中具有至少0.1毫米的特征尺寸。尤其是，主体可以是陶瓷或金属。尤其是，主体可以具有确定形状，从而增加连接器的硬度。通过主体将连接器限定成至少两个空间分离的区域，即主体区和热塑区。

这种不可液化材料的主体可带有用于进一步功能的结构，比如螺纹、其它机械连接、接点或导孔等。

特别是，这种主体可包括嵌入热塑性部分中的螺母或螺栓。

在实施例中，主体具有在侧向表面上具有至少一个锁定部的表面，该锁定部与热塑性材料和主体配合以稳定嵌入热塑性材料内部的主体的相对位置。

在实施例中，其中连接器除了热塑性材料之外还包括不可液化材料，热塑性材料可以至少布置在与内衬层接触的表面部分。或者，热塑性材料可被布置或能够布置在内部中，主体可包括窗孔，热塑性材料可通过该窗孔被压出以与内衬层接触。

传递到连接器的能量是机械振动能。为此，连接器可以具有近侧的、面向近侧的耦合输入面，该耦合输入面在引起能量冲击的步骤期间与振动物体即超声波发生器配合。超声波发生器可以可选地包括导向突起，该导向突起与耦合输入面中的凹口配合，以相对于超声波发生器导向连接器。

流动部分的液化主要是由振动的第二物体和第一物体的表面之间的摩擦引起的，该摩擦在表面上加热第一物体。

在一组实施例中，连接器和/或连接器所压靠的第二物体和/或第一物体的一部分在冲压件和振动与第一物体直接接触时的表面处包括用作能量导向器的结构，例如边缘或尖端，例如WO98/42988或WO00/79137或WO2008/080238中描述的来自超声波焊接或用于“Woodwelding”过程的能量导向器。

为了将机械振动耦合到连接器中，连接器可以包括耦合输入结构。这种耦合输入结构可以是耦合输入面，尤其是由具有或不具有用于超声波发生器的导向结构(例如用于工具的相应突起的导向孔)的最近侧面构成。

除了机械振动能之外还不排除其它形式的能量，例如通过连接器被耦合入且在界面处被吸收至第一物体的辐射能。

第一结构层和/或第二结构层可以(如果适用的话)相当坚硬并且基本上是无孔的，使得它不包括任何结构或仅可由热塑性材料穿透的小结构，用于在热塑性材料重新固化之后将连接器锚固在第一结构层中。

在一组实施例中，连接器包括头部或其它侧向突出的近侧特征。这种侧向突出的特征可用作止挡特征，即一旦头部(或其它横向突出的近侧特征)面向远侧的肩部与第一结构层物理接触或与通过连接器结合到第一物体的第二物体的近侧表面物理接触，就可停止能量输入(尤其是机械振动)。

这样的第二物体可以可选地包括具有开口的大致平坦的片部。这样的片部可以直接贴靠在第二结构层的近侧表面上并与之物理接触。或者，另一部分例如薄片或薄膜可以放置在第一物体和片部之间。

在使连接器的面向远侧的表面部分与低密度层接触的步骤中，可以使连接器的轴部分延伸穿过第二物体的开口，和/或在停止能量传递的步骤之后，第二物体可以夹在第一物体和连接器的面向远侧的表面部分之间。在过程之后，连接器延伸穿过的该开口可以是贯通开口或者可以是向侧面敞开的凹槽(例如狭缝或类似物)。

通常，连接器可以是用于将第二物体连接到第一物体的传统连接器。为此，如前所示，连接器例如可以包括头部，该头部限定出面向远部的肩部，使得具有开口的第二物体被夹在第一物体和头部之间，连接器延伸通过该开口。或者连接器可包括连接结构如内螺纹或外螺纹、卡口连接结构、允许卡入连接的结构或任何其它合适的连接结构。在这些情况下，连接结构可以可选地形成为连接器的一部分的部件，该部分不是热塑性材料。

作为这种传统连接器的补充或替代，连接器可以是本身具有专用功能的第二物体的整体部分，例如连接器可以是从这种第二物体的表面突出的连接销。连接器还可将相对较小的另外物体连接到第一物体，例如传感器或致动器或光源和/或其它元件，该另外物体可集成在连接器主体中。

更一般地，连接器可具有锚固部分(在过程期间被压入低密度层中)和功能结构。功能结构可以是连接结构或包括功能元件如传感器或致动器。

连接器可包括板状主体，锚固部分从该主体向远侧突出，并且在其近侧布置功能结构，其中主体部分包括面向近侧的耦合输入面，在锚固期间，压下力耦合到该耦合输入面中。

而且，连接器可以具有面向远侧的抵接面，并且其中相对于第一物体将连接器移动到远侧方向，在抵接面抵靠第一物体的面向近侧的相应结构的状态下停止。这种抵接面可以由例如所述类型的主体部分构成。

在一组实施例中，功能结构可以相对于插入轴线偏离中心。在施加第二压下力的步骤期间，连接器相对于插入轴线的取向可被固定/限定。这是容易实现的，因为与通过旋转插入连接器的方法相比，根据本发明的方法中的取向可以限定出，并且如上所述，连接器可以在没有显著旋转的情况下被引入。

第一物体、连接器，以及第二物体(如果适用)是广义上的构成部件(构成元件)，即用于机械工程和制造的任何领域的元件，例如汽车工程、飞行器制造、造船、建筑构造、机械制造、玩具制造等。通常，物体和连接器都是人工合成的物体。因此不排除使用例如木基材料的天然材料。

热塑性材料的流动部分是热塑性材料的一部分，该部分在过程期间并且由于机械振动的作用导致液化并且流动。流动部分不必是单件式的，而是可以包括彼此分开的部分，例如在连接器的远端和更近侧的位置。

为了施加压下力的反作用力，第一物体可以靠着支撑件放置，例如非振动支撑件。根据第一种选择，这种支撑件可以包括与连接器压靠的点面对面的支撑表面，即在该点的远侧。该第一选择可能是有利的，因为即使第一物体本身不具有足够的稳定性以承受压下力而没有显著变形或甚至缺陷，结合也可以进行。然而，根据第二选择，第一物体的远侧可以暴露，例如通过沿着侧面或类似的来保持第一物体。

在实施例中，第一物体靠着支撑件放置，在支撑件和第一物体之间没有弹性或屈服元件，使得支撑件刚性地支撑第一物体。

在本文中，表述“例如通过机械振动能够使其成为可流动的热塑性材料”或简称为“可液化的热塑性材料”或“可液化的材料”或“热塑性塑料”被用于描述包含至少一种热塑性组分的材料，在加热时、特别是当通过摩擦加热时，即当布置在彼此接触并相对于彼此振动地移动的一对表面(接触面)中的一个上时，该材料变为液体(可流动的)，其中振动的频率具有上文讨论的性质。在某些情况下，例如如果连接器必须承载相当大的负载，则如果材料具有大于0.5GPa的弹性系数则可能是有利的。在其它实施例中，弹性系数可以低于该值。

热塑性材料在汽车和航空工业中是众所周知的。出于根据本发明的方法的目的，尤其可以使用已知用于这些行业的热塑性材料。

适用于根据本发明方法的热塑性材料在室温下(或在该方法实施的温度下)是固态的。它优选包括聚合相(特别是基于C、P、S或Si链)，其在临界温度范围以上(例如通过熔融)从固态转变成液态的或可流动，并且当再次冷却到临界温度范围以下(例如通过结晶)时重新转变成固体材料，由此固相的粘度比液相的粘度高几个数量级(至少三个数量级)。热塑性材料通常将包括不是共价交联或交联的聚合物组分，交联键在加热至或高于熔融温度范围时可逆地打开。聚合物材料还可以包括填料，例如纤维或颗粒材料，其不具有热塑性或具有包括明显高于基础聚合物的熔融温度范围的熔融温度范围的热塑性。

在本文中，通常“不可液化”材料是在该过程期间达到的温度下无法液化的材料，因此尤其是在连接器的热塑性材料被液化的温度下。这不排除这种可能性即不可液化材料能够在该过程期间未达到的温度下液化，通常远高于热塑性材料或该过程期间热塑性材料被液化的液化温度(例如至少80℃)。液化温度是结晶聚合物的熔融温度。对于无定形热塑性塑料，液化温度(也称为“本文中的熔融温度”)是高于玻璃化转变温度的温度，在该玻璃化转变温度下，其变得可充分流动，有时称为“流动温度”(有时定义为可能挤压的最低温度)，例如热塑性材料的粘度在该温度下降至低于104Pa*s(在实施例中，尤其基本没有纤维增强的聚合物，低于103Pa*s)。

例如，不可液化材料可以是金属，比如铝或钢或木材或硬塑料，例如增强的或未增强的热固性聚合物或增强的或未增强的热塑性塑料，该热塑性塑料的熔融温度(和/或玻璃化转变温度)显著高于可液化部分的熔融温度/玻璃化转变温度，例如熔融温度和/或玻璃化转变温度至少高于50℃或80℃或100℃。

热塑性材料的具体实施例是：聚醚酮(PEEK)，聚酯比如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚醚酰亚胺，聚酰胺例如聚酰胺12、聚酰胺11、聚酰胺6或聚酰胺66，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚甲醛或聚碳酸酯聚氨酯，聚碳酸酯或聚酯碳酸酯，或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，聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯和聚苯乙烯，或这些的共聚物或混合物。

除了热塑性聚合物之外，热塑性材料也可包括适用的填料，例如增强纤维，比如玻璃纤维和/或碳纤维。纤维可以是短纤维。长纤维或连续纤维可以尤其用于在该过程中未液化的第一和/或第二物体的部分。

纤维材料(如果有的话)可以是任何已知用于纤维增强的材料，尤其是碳、玻璃、凯夫拉(Kevlar)、陶瓷，例如莫来石、碳化硅或氮化硅、高强度聚乙烯(大力玛(Dyneema))等。

不具有纤维形状的其它填料也是可能的，例如粉末颗粒。

适用于根据本发明方法的实施例的机械振动或振荡优选具有在2至200kHz之间的频率(甚至优选是在10至100kHz之间，或在20至40kHz之间)和在0.2至20W/平方毫米活性表面的振动能。振动工具(例如超声焊头)例如被设计成使得其接触面主要在工具轴线(纵向振动)的方向上振荡，并且振幅在1至100微米之间，优选约30至60微米。这种优选的振动例如由例如在超声波焊接中已知的超声波设备产生。

在本文中，术语“近”和“远”用于表示方向和位置，即“近”是指操作者或机器施加机械振动的结合侧，而“远”是相对侧。本文中连接器在近侧的加宽称为“头部”，而在远侧的加宽是“足部”。

在本文中，如果近侧面被限定成在该过程期间从其接近层的那侧，术语层的“下方”通常意指该层的远侧空间。因此，术语“下方”并非意指涉及在制造过程期间地球重力场的取向。

“竖向”用于表示垂直于第一物体的主平面的方向，该主平面由层(低密度层；第一结构层/第二结构层，如果适用)沿其延伸的平面限定出。该术语当然不限制在锚固过程期间和/或在使用期间第一物体被保持的取向。“水平”用来指代平面内方向。

本发明除了方法之外还涉及被构造成实施该方法的机器。这种机器包括具有耦合输出面的超声波发生器、被构造成使超声波发生器振动的机械振动源以及通过向前推动超声波发生器来施加压下力的压下力机构。机器被构造且被编程为实施本文所要求保护和所述的方法，包括以本文所述和要求保护的方式控制压下力。

附图说明

以下，参照附图对实施本发明的方式及其实施例进行描述。附图是示意性的。在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件。附图示出：

图1是竖向剖面图，第一物体是夹层板的例子；

图2至图4是穿过夹层板的内衬层的水平剖面图；

图5a和图5b是用于在两个不同阶段执行该方法的构造；

图6是替代连接器的侧视图；

图7和图8是另外的连接器的竖向剖面图；

图9是另一连接器和第二物体的竖向剖面图；

图10是超声波发生器远侧部分的竖向剖面图；

图11至图13是连接器或其部分的竖向剖面图；

图14和图15是接器的水平剖面图；

图16是另一连接器的竖向剖面图；

图17至图19是具有其它连接器的布置的竖向剖面图；

图20是连接器的视图；

图21示出另一连接器的竖向剖面和导向孔几何形状；

图22是连接器和超声波发生器的竖向剖面图；

图23至图26是其它连接器的视图；

图27是另一连接器的竖向剖面图；

图28是图27的连接器的局部水平剖面图；

图29示出了沿图27中的平面B-B的可能横截面的细节；

图30和图31是另外的连接器的水平剖面图；

图32是另一连接器的竖向剖面图；

图33是具有连接器的另一布置的竖向剖面图；

图34和图35是另外的连接器的局部竖向剖面图；

图36是连接器的水平剖面图；

图37和图38是连接器的实施例的视图；

图39和图40是具有连接器的另一布置的局部竖向剖面图；

图41是作为夹层板的第一物体的一部分的水平剖面图；和

图42是具有如图39所示的夹层板的布置的竖向剖面图

具体实施方式

图1示出了为夹层板的第一物体1，其具有第一结构层11、第二结构层12和在这些结构层之间的内衬13。

结构层可以是纤维复合材料，例如玻璃纤维复合材料。结构层例如在本文所述的方法中适用的条件下不可液化，即不具有任何热塑性或仅在显著高于连接器的可液化材料的液化温度的温度下可液化。结构层可以是均质的，或者它们自身可以是分层的，因此是异质的。

内衬13构成低密度层。在所描绘的实施例中，它包括基本上竖向延伸的纸板壁16的布置，即垂直于结构层。图2至图4通过示出穿过内衬13的示意性水平横截面描绘了这种竖向延伸的壁元件的可能结构，包括波纹(图2)、蜂窝(图3)和三角形结构(图4)；许多其它结构都是可能的。

代替纸板，内衬13也可以是其它材料，例如塑料或复合材料。泡沫材料内衬也是可能的。

为了将纸板壁或内衬13的其它开放结构连接到结构层11、12，内衬还包括粘合剂14。在所示实施例中，粘合剂14是泡沫材料，例如基于聚氨酯(PUR)的泡沫材料。特别地，粘合剂可以是热塑性粘合剂，例如热塑性聚氨酯泡沫材料。然而，粘合剂也可以是非热塑性材料如热固性聚氨酯。

可以存在附加元件，如在(多个)结构层的界面处的内衬的屏障箔/网。

图5a示出了在过程开始时第一物体1、连接器2和工具(即超声波发生器6)的构造。第一物体1的在图中所示的取向上的面是上面，其在本文中表示为面向近侧的面。连接器2从近侧结合到第一物体1。第一物体的第二结构层12被局部移除以产生进入孔71，内衬层13暴露在该进入孔71下面。进入孔具有(平均)直径do和适合于连接器形状的形状。例如，如果连接器关于插入轴线对称，则进入孔71可以是圆形的。

进入孔71可以例如通过钻孔生产。

连接器2具有远端部分21，这里基本上呈管状，具有朝向远端渐缩的壁以形成远端边缘23，并且还具有近端部分22，该近端部分22形成用于超声波发生器6的面向近侧的耦合面。

连接器2至少在其远端包括热塑性材料。它可例如由热塑性材料组成。

在所示实施例中，近端部分具有贯通开口24，由此沿轴向插穿连接器整体。连接器的平均外径dc可可选地略大于开口的直径，由此开口略小。

超声波发生器可包括(未示出的)突起，该突起与开口24配合以在过程期间导向连接器2。

连接器2的长度L选择为大于内衬13的总厚度ti，并且还大于内衬加上第二结构层12的总厚度。

对于该过程，超声波发生器6被压靠在面向近侧的耦合面上，并且机械振动被耦合到超声波发生器中，例如一旦达到某个触发压下力。振动和压下力的联合作用会导致以下情况(比较图5b)：

-连接器2的远端被压入内衬的材料中，从而破坏(切割/破裂等)内衬层13的部分，特别是使壁部分16变形以进入与垂直方向不同的方向。由此，在连接器2被压入内衬13的位置处，形成内衬13的压缩部分19。

-使连接器2的热塑性材料变得可流动(产生流动部分)并穿透到内衬13的结构中，包括压缩部分19的结构。所描绘的实施例中的流动部分包括朝向第一结构层11形成的主流动部分26和由于尺寸过小的开口而在第二结构层12的边缘处形成的可选的附加流动部分27。

-如果粘合剂14是能够焊接到连接器的热塑性材料的热塑性材料，则在流动部分和粘合剂14之间产生焊接。

-作为焊接的补充或替代，可以在流动部分和粘合剂之间引起粘合连接。包括粘合剂和连接器的热塑性材料的材料配对的粘合性能当然取决于所选择的材料，因此可以通过选择适当的材料配对来定制。

-另外或作为又一替代方案，可以使流动部分(也)穿透到粘合剂14的结构中。例如，如果粘合剂形成开放的多孔泡沫材料，则可以使流动部分穿透到泡沫材料的孔中(这当然并不意味着所有的流动部分都在孔中结束，而是通常流动部分将流入孔隙以及粘合剂和内衬的其它材料之间的中空空间和/或流入这样的其它材料中，例如通过浸泡有热塑性材料的纸板)。

-连接器L的长度通过其远端部分变得可流动、形成主流动部分26并移位到内衬的结构中(包括其压缩部分19)而减小。

经过一段时间后，特别是在满足预定条件后，振动能输入停止。这种预先确定的条件可能是：

-超声波发生器6以及由此超声波发生器-连接器的界面已到达预定位置。在图5b中，一旦连接器的近端表面与第二结构层12齐平，就满足该条件。

-到达止挡件，例如由连接器的头部形成的面向远侧的肩部抵靠第二结构层12的边缘(例如比较图8，头部28形成向外突出的凸缘)。

-向前移动连接器所必须施加的力达到触发停止能量输入的一定值。这种停止触发值可以是最大值或最小值。

-驱动超声波发生器的振动产生装置的反馈表明满足某个判据，例如，如果连接器的振动特性表明预定部分已变得可流动或者仍保持为固体的部分的长度已降至阈值水平以下。

-这些的组合是可能的；例如，上述条件中的两个或多个可以与“或”组合相组合。

在振动输入停止之后，在许多实施例中的压下力保持一段时间。图5b示出了在保持压下力的该步骤期间的构造。在此，压下力可以保持恒定或遵循一定的力分布，例如可以选择力使得连接器的位置不再改变或者通过受控的运动将连接器进一步压入内衬。特别地，压下力可以保持，直至流动部分充分重新固化成-重新固化的热塑性材料的尺寸稳定性足以抵住由内衬作用在连接器上的可能的剩余弹力。

如上所述，振动和压下力的共同作用是一部分热塑性材料变得可流动。这是由于热塑性材料和内衬之间的外部摩擦(也可能是在热塑性材料和第二结构层12和/或第一结构层11之间的)和热塑性材料内的内部摩擦，其吸收了机械振动能并将流动部分加热到可流动的温度。在重新固化之后，在连接器和内衬的材料(包括压缩部分)之间以及可能还在连接器和第一和/或第二结构层之间产生形状配合连接，由此连接器被锚固在第一物体中。

在图6中以侧视图示出的连接器2与图5a的连接器的不同之处在于，远端边缘23不是沿着完全闭合的轮廓形成，而是由凹口中断，由此它形成为冠状。因此，其能量导向特性是不同的，并且取决于第一物体，这可能更加明显。

图7示意性描绘了连接器2除可液化部分(热塑性部分4)之外可包括不可液化部分5的可选方案。在图7中，该不可液化部分被示出为带有内螺纹51的金属(例如合适的钢)螺母5。更一般地，不可液化部分可具有适合于特定需要的任何功能结构。作为螺母的替代，不可液化部分可包括从热塑性部分伸出的螺钉，例如从近侧伸出。

在任何一种情况下，连接器然后用作将另一部件连接到第一物体的锚固件。

图8示出了连接器最初不是单件而包括多个部件的可能性。在图8中，连接器包括套管部分2.1和活塞部分2.2。在所示实施例中，套管部分2.1和活塞部分2.2均包括用于压入内衬材料并因此用作能量导向器的远端边缘。对于该过程，活塞部分2.2可以被压入套管部分2.1中，其中机械振动能作用在活塞部分的近端面上。这可能导致套管部分2.1的局部径向延伸(由狭缝29辅助)并最终导致套管部分和活塞部分之间的焊接。

图8中的套管部分2.1示出为具有近端头部28，该近端头部28形成向外突出的凸缘，其在锚固过程之后抵靠围绕第一物体的开口的边缘。或者，另一个具有贯通开口的第二物体可以近侧放置在第一物体上并夹在头部28和第一物体之间，以通过连接器固定到第一物体上。

这种头部28也是本发明的除两件式连接器外的其它实施例的可选方案，包括图5a/5b所示类型的实施例，接着，在锚固状态下，连接器将不与第二结构层12齐平，但是由头部形成的面向远侧的肩部将抵靠第二结构层12，或者(如果适用的话)抵靠另外的第二物体。同样在如图6或7中的一个或如下文所述的实施例中，头部是可选的。

除了用于将第二物体8固定到第一物体的头部28之外，图9的连接器2还包括另一个可选特征(即独立于头部28并且对于本发明的任何实施例是可选的)。也就是，作为导向凹口81的连接器2的面向近侧的耦合输入面在过程步骤期间与超声波发生器6的、并从超声波发生器的耦合输出面61突出的相应导向突起66(见图10)配合。

图11描绘了在使连接器穿入低密度层的步骤期间，远端部分21的远端部段82变形以向外弯曲(箭头)的可选方案。这可能导致在该过程之后产生的更大的锚固面积，从而增强锚固的稳定性。

为了促进这种变形，连接器可以设计成可瘪塌的，如图12所示。为此，连接器具有周向槽83，该周向槽83在要变形的远端部段82和连接器的其余部分之间的位置处构成系统性弱化。

连接器的远端可瘪塌的附加效果是，如果远端边缘23就穿透低密度层而言相对较尖锐并且坚硬，则它可有助于使第一结构层11在该过程中保持完整。

图13示意性示出具有可向外变形的腿部84的连接器的可能构思，该腿部84在穿透第一结构层之后的初始软化之后变得能够变形，尤其是向外变形。图14示出了穿过具有腿部的连接器的远端部分的水平横截面(沿着图11中的平面X-X)。图15示出了穿过具有可变形腿部84的连接器的远端部分的可能的替代横截面。图16描绘了涉及具有两个腿部84的连接器的原理，其中箭头表示初始软化后的变形方向。

参照图17描述了另一个原理。连接器2在凸缘28(头部)的远侧具有插接部分85，该插接部分的尺寸设计成具有略微大于开口的横截面(至少相对于一个平面内尺寸)，该开口在待固定到第一物体的第二物体8中。然而，插接部分的横截面显著大于其远端部分的横截面，该远端部分21在该加工过程中穿入第一物体。插接部分在加工过程趋近结束时被压入开口中，其中机械振动能和压下力导致插接部分和第二物体之间的紧密连接。

插接部分85可以是环形且连续致密的。或者，它可以例如通过包括多个径向延伸的肋来构造出，所述肋除了用作插接部分之外还可以具有能量导向特性。在结构层并非均匀致密但例如由固结的羊毛/聚丙烯(PP)/玻璃纤维复合物组成的情况下，这是特别有意义的。

插接部分和第二物体之间的紧密连接和/或插接部分与第二结构层12之间的相应紧密连接可包括以下中的一个或多个：压配合、聚合物-聚合物焊接连接、通过插接部分的材料的熔融和重新固化使第二物体/第一结构层的材料互穿。

在图17中，连接器3被描绘为由热塑性材料构成。

在任一种情况下，插接部分和第二物体2之间的连接可以在第二物体8(和/或第二结构层12)的近侧与其远侧之间产生密封。

图18示出了具有导向凹口81的连接器2和具有相应导向突起66的超声波发生器6的另一示例。在导向凹口81的远侧，连接器还具有紧固孔88并且在其近侧。或者也可以使用紧固孔作为导向凹口。

紧固孔从近端向内延伸。根据构造，紧固孔88可以是通孔(贯通开口24，例如参见图5a)或盲孔(图16)。紧固孔24、81可用于将螺钉或其它紧固件(包括将要连接到第一物体的另一物体的紧固部分)插入其中，由此，连接器可以用作连接到第一物体的另一物体的锚固件。这可以可选地与前面讨论的、可以用于将第二物体固定到第一物体上的凸缘/头部相组合。紧固孔81可以可选地包括螺纹或其它紧固结构。

图18的实施例具有与紧固孔的原理无关的另一特殊特征。连接器2具有带有导向凹口81的头部或主体部和带有远端边缘23的远侧突起21。例如与图5a的实施例相比，连接器还包括紧固件容置部87，该紧固件容置部87形成为从头部或主体部向远侧延伸的中央远侧突起。在紧固件容置部87中，形成有紧固孔88。紧固孔可用于插入紧固件，例如螺钉或销。取决于要使用的紧固件的性能和连接器的材料特性，紧固孔可以包括相应的结构，例如内螺纹。

代替紧固孔或作为其补充，连接器可以具有其它紧固结构，例如凸紧固结构而不是凹紧固结构(例如带螺纹的杆或类似物)。所使用的相应的超声波发生器可具有容置这种紧固结构的相应凹口，从而避免振动直接耦合到紧固结构中。

如图19和图20所示的连接器2是这样的连接器示例，其除了锚固结构(其包括在加工过程中变得可流动的热塑性材料及冲压结构(在适用时))外，还包括限定连接位置的连接结构，尤其相对于所有维度(x，y，z)限定连接位置。所示实施例中的连接结构由与锚固结构一体的连接销96构成。

连接结构(在所示实施例中的连接销96)，尤其使其侧向布置。这意味着连接结构96并非相对于插入轴线20对称布置，而是相对于轴线20偏离中心地布置。插入轴线20是在插入期间通常沿其施加压下力并且在插入期间沿其将至少主要发生移动的轴线。插入轴线20通常相对于冲出部分居中。

因此，连接部位的位置取决于围绕轴线20的旋转角度。因此，与上文讨论的大多数实施例相比，当连接器相对于第一物体定位并锚固在其中时，不仅必须限定位置而且还必须限定其取向。

相应连接结构的示例可以例如是在确定方向上突出远离锚固结构的结构(类似销)，例如铰链等的枢轴、用于夹住其它物品的结构、用于螺纹连接的锚固件等。

图19和图20的连接器2包括板状主体部22，其限定了面向远侧的抵接面98。具有远侧边缘23的远侧部分21从抵接面98朝向远侧突出。朝向近侧，连接器包括基壁95，连接销96从基壁95侧向突出。基壁95相对于轴线20偏心布置。此外，连接器包括多个增强壁92，增强壁92垂直于基壁95延伸，并且相对于作用在连接销上的力增强了机械稳定性。

在该过程之后，面向远侧的抵接面限定连接结构的z位置，其中施加压下力直到抵接面98抵靠物体的面向近侧的表面部分。

图19和图20的实施例中的连接器2以及下文中的图21和22的实施例中的连接器例如可以是汽车后包裹架的安装座。

用于锚固连接器的超声波发生器6可以成形为适合于连接器的形状。特别地，如图19所示，连接器可以成形为通过在增强壁92和基壁95之间接合而从近侧撞击主体部22。另外或作为替代，还可以提供连接器2的如图19中的虚线所示的突出凸缘91。使超声波发生器在多个壁之间直接接合在主体部22上、超声波发生器具有用于(多个)增强壁的凹口(如果需要的话)的布置具有使压下力和振动直接耦合到锚固部分中的有利特性。

在包括连接部位的实施例中，其位置和/或取向取决于连接器围绕其轴线20的取向，可能需要在锚固过程中导向连接器的取向，因为在插入期间连接器可能由于振动输入会受到一些不可控的扭转运动。在图19和图20的实施例中。如图19和图20所示，基壁95和/或增强壁92可与相应形状的超声波发生器一起用于此，由此超声波发生器的取向限定了连接器的取向。

附加地或替代地，如图21所示(其中右图示出导向凹口81的放大俯视图)，连接器和超声波发生器可以包括非圆形对称的相应的导向结构，例如超声波发生器的矩形导向突起，其与连接器的相应导向凹口81接合。其它形状的导向突起和导向凹口也是可能的，包括用于螺钉头的已知的任何形状，包括六角形、星形等。

图21的实施例包括环形基壁95，连接销96从该环形基壁95向外突出，基壁遵循例如圆形或矩形轮廓，从而限定具有由连接器主体限定出罐底部的罐状结构，在该过程中，超声波发生器压靠在该底部上。

图22所绘的连接器的实施例具有类似于图21的实施例的对应结构的近端部分，但具有非环形的基壁。

独立于此，锚固结构包括锚固结构远端部分21，其具有锥形销的形状，可选地具有多个轴向延伸的能量导向器，即径向突出的翼部99。

图19-22的实施例包括使用适合于连接器几何形状的超声波发生器。这并不总是必需的。图23示出了一个实施例，其中主体部22形成用于通用超声波发生器的大致平坦的耦合表面。

图23的实施例具有可以独立地实现或者彼此组合和/或与图23中所示的其它特征一起实现的附加特征：

-连接器2具有多个远端锚固部分21，即两个锚固部分。这些锚固部分中的每一个均由具有远端边缘的管部构成。

○更一般地(这涉及本发明的任何实施例)，(多个)锚固部分可以形成冲孔边缘，该冲孔边缘使(多个)锚固部分更易于初始穿透到低密度层中。如果由连接器的热塑性材料形成的这种冲孔边缘可以在该过程期间被液化，使得在该过程期间后冲孔边缘消失并且在连接器被锚固的过程之后不再显现。

-(多个)管部不是圆形的，而是具有近似矩形的外轮廓。通常，可以使用任何横截面。

-远端边缘不锋利而是钝的。

-除了(多个)锚固部分之外，连接器具有过程控制抵接突起101。在图23中，该抵接突起与切割元件一起形成三脚架，由此当连接器与第一结构层接触时，明确且稳定地定位连接器的位置。

○在后续过程中，这种抵接突起101可能会瘪塌或熔化。它并不必须穿透到低密度层中，并且不需要具有任何刺穿特性。

○除了在过程的初始阶段稳定连接器之外，当连接器主体22具有相当大的横向延伸时，它还抑制不希望的弯曲振动。

图24示出了基于参照图19-22描述的原理的连接器。与这些图的实施例相比，连接结构不是销，而是基壁95中的紧固孔。

在图25的实施例中的连接器，代替图19-24所示的板状主体部分和壁(肋)地，连接器具有封闭的壳体102，该壳体是本身例如相对于插入轴线偏心，或者容纳相对于该轴线偏离中心的功能结构或两者都是。

在图25中，相对于轴线20偏离中心的功能结构不是连接结构而是其它功能部件。图25非常示意性地示出了壳体内的由虚线所示的两个部件。这种功能结构可以包括传感器、天线、光源、相机、声学转换器等。

具有如图25所示的封闭壳体的实施例可以设置有用于将振动能从壳体的面向近端的端面耦合到远端部分(远端锚固部分)21例如管部的机构。

图26示出了连接器2的示例，其在所示实施例中具有连接销96，其远端部分21延伸穿过壳体至连接器的近端面。壳体在此可能朝向远侧开放。如果壳体朝向远侧开放，则功能部分的抵接部分由壳体的竖向壁的远端边缘构成。

将振动能从近端面耦合到锚固部分的其它解决方案是可能的，例如延伸穿过壳体的竖向增强壁或其它竖向结构。

在图27的实施例中，管状远端部分21由至少一个稳定器肋111稳定。特别是如果低密度层相对较强，则这种稳定器结构可以防止管部(可选地可包括多个腿部)在被压入低密度层的初始阶段期间瘪塌。

还如图27所示，稳定器结构还可以成形为在将连接器压入低密度层的步骤期间施加向外(相对于径向)的定向压下力。如图27中的箭头所示，当连接器被压入低密度层的材料中时，所示示例中的弓形凹轮廓将引起这种向外的压下力。

图28示出了沿图27中的平面A-A的可能横截面的细节，示出了连接器的远端锚固部分21的横截面无需是圆形的。相反，在图28的实施例中，连接器在稳定器肋11连接到锚固部分21的管部的位置处具有轴向延伸的凹口。由此，可以有利于通过定向压下力向外按压锚固部分的热塑性材料。

图29示出了沿图27中的平面B-B的可能横截面的细节。周向槽83不一定围绕整个圆周延伸，而可以是中断的，特别是在稳定器肋111连接到管部处。

图30示出连接器的可能水平横截面。圆形几何形状和交叉布置的稳定器肋111的组合是特别稳定的。

图31示出了替代锚固部分的横截面的横截面，该锚固部分不具有圆形对称性，而是椭圆形的横截面。在这样的实施例中，尤其是稳定器结构，例如如图31所示布置的稳定器肋111可能是有利的。

图32示出了具有稳定器肋111的连接器，该稳定器肋111指向面向远侧的尖端115或边缘，使得在该加工过程期间被连接器穿透的内衬材料被迫入箭头的方向，从而分别在锚固部分21的管形部分(或腿部)上施加向外的压下力。

图33的实施例涉及物体具有近端的第二结构层的情况，且第二结构层12中的进入孔的直径大致对应于锚固部分21的远端部分的直径。除了凸缘28之外，连接器还具有台阶特征121，该台阶特征121在径向外侧形成远端部分21的肩部。一旦连接器已进入第一物体1足够的程度，特别是趋近于向前(朝向远侧)运动的结束，该台阶特征将与第二结构层12物理接触。结果，由于在振动的连接器和第二结构层12之间的摩擦，能量将被吸收，并且连接器的热塑性材料在第二结构层附近变得可流动。因此，流动部分将包括近端区域中的部分(尤其是紧邻第一结构层远侧的部分)。这可以作为例如参照图27或32描述的措施的补充或替代，该措施也有助于在紧邻第二结构层12的远侧产生流动部分和径向流动。

作为向外台阶121的补充或替代，连接器2可包括向外锥形部122，如图34所示。

可选地，除了这种向外特征(台阶121、锥形部122)之外，连接器还可以包括内部特征，例如内部槽129，其有助于紧邻第二结构层的远侧瘪塌。图35示出一个例子。包括上述措施的其它结构可任选地与此组合。

图36示意性地示出了连接器3的俯视图(从近侧观察)，示出了所提及的向外特征(台阶121、锥形部122)可以形成为径向突起(例如分布在外周周围)的原理。作为替代方案，这种向外特征也可以是周向的，即在外周周围连续延伸。

参照图33-36讨论的那种向外特征可能在使热塑性材料可流动的过程中涉及第二结构层12并且可能导致连接器瘪塌。

图37和38示出了基于参照图34-36描述的原理的连接器2的示例。进一步的例子包括具有向外锥形部122的连接器，该向外锥形部122具有光滑的外表面，即没有形成锥形部的轴向延伸的肋。同样在这样的实施例中，锥形部分可以基本上延及远端(如图37所示)，或者可选地可以被局限在更近端区域(如图38所示)。

图39示意性地示出了另一变型，其中第二物体8通过连接器附接到第一物体。也就是，例如在可流动状态下的粘合剂141被施加在第一物体和第二物体之间。

因此，将粘合连接和通过根据本发明的连接器固定第二物体的构思结合。例如如果在制造过程中第二物体通过粘合剂粘合到第一物体上，而第一物体和第二物体的组件在组装在一起之后立即被处理，则这可以是有用的。根据本发明施加的连接器提供足以用于后续生产步骤的初始稳定性。

在上文所述的锚固过程的最后阶段期间，能量输入和压下力可导致施加在第一和第二物体之间(和/或在凸缘28的远侧表面(如果有的话)和第二物体之间)的粘合剂流动，在特定实施例中。这可以通过以下方式使用：

-第二结构层12和连接器2之间的间隙或裂缝/裂纹等可以通过粘合剂填充并由此“复原”。这在图40中示出。

-作为补充或替代，使第二结构层12的粗糙度151与粘合剂141互穿，从而增强粘合剂连接的稳定性(也参见图40)。

作为夹层板的替代，第一物体可以例如是低密度泡沫材料层的结构，其中泡沫材料例如是塑性变形的，其由第一结构层支撑并且例如夹在这样的第一结构层和第二结构层之间。

上文描述的实施例通常包括使低密度层的离散元件变形的步骤，该变形元件随后成为具有可液化材料的交缠结构的一部分，以将连接器锚固在第一元件中。在这种情况下，离散元件的变形可以对锚固强度产生实质性贡献，因为它有助于更高的密度和/或形成宏观底切。

然而，即使离散元件的变形不对锚固强度产生实质性贡献，在一些实施例中，将离散元件集成入带有液化的、重新固化的热塑性材料的结构中也可以导致显著的锚固强度。这在图41和图42中被示出。图41示出具有蜂窝结构的低密度层的水平截面。离散元件是例如纸板或塑料或塑料复合材料的竖向壁。由于蜂窝结构，它们在变形方面相对稳定。图41中的圆形线201示出了远端连接器端面可以压入低密度层的可能位置。

当连接器2在能量冲击下压靠低密度层时，壁的近端边缘形成能量导向器，由此连接器的热塑性材料主要在这些边缘附近液化，使得连接器可向前压入低密度层。特别是如果离散元件是竖向结构(如图39和图40中的情况)并且取决于能量输入和压下力之间的比率，这可能导致离散元件16的变形不显著的情况。图42示出了在热塑性材料重新固化之后锚固在第一物体中的连接器2。集成到连接器材料中的离散元件16仍然形成基本上竖向的壁。

在这些实施例中，锚固可以由下列的组合引起：

-热塑性材料与离散元件材料的形状配合连接(离散元件包括偏离完全竖向形状，另外，它们包括由可液化材料互穿的表面结构(粗糙度、如由纸板或硬纸制成的蜂窝结构中的孔隙率等)，

-可能是热塑性材料和离散元件之间的粘合连接和/或，

-力配合连接(热塑性材料挤进离散元件)，和

-可能是与第一和/或第二结构层的形状配合或其它连接。

Claims (64)

1.一种将连接器锚固在第一物体中的方法，其中所述第一物体包括低密度层，所述低密度层包括多个离散元件和所述多个离散元件之间的充气空间的布置，所述方法包括以下步骤：

-提供所述第一物体并提供所述连接器，所述连接器具有通过机械振动可液化的可液化材料，其中，所述连接器包括具有面向近侧的耦合输入面的近侧部分和在所述近侧部分远侧的远侧部分，其中所述远侧部分是中空的并且呈套管状；

-使所述连接器的所述远侧部分与所述低密度层接触；

-将所述连接器压靠在所述低密度层上，并将机械振动能耦合入所述连接器以使所述连接器穿入所述低密度层而使所述离散元件变形，直到所述可液化材料的流动部分变得可流动并与变形的多个离散元件之间的空间互穿，从而产生可液化材料和变形的离散元件的交缠结构；和

-停止机械振动能并使所述流动部分重新固化，以将所述连接器锚固在所述低密度层中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个离散元件包括基本平行于近远侧方向延伸的多个壁，其中在按压所述连接器的步骤中，所述连接器被压向远侧方向。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一物体是夹层元件，所述夹层元件包括夹持所述低密度层的第一结构层和第二结构层。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在提供所述第一物体的步骤中，所述第一物体被设置成所述第二结构层的一部分被移除以产生进入孔并由此产生所述低密度层的外露部分，并且其中使所述连接器与所述低密度层接触包括使所述连接器穿过所述进入孔与所述低密度层接触。

5.根据权利要求4所述的方法，包括在使所述连接器与所述低密度层接触之前通过钻孔移除所述第二结构层的一部分以产生所述进入孔。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述进入孔相对于所述连接器的横截面尺寸是较小的。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其中，选择压下力以使所述第一结构层不被所述连接器穿透。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述低密度层除了所述元件之外还包括泡沫材料粘合剂，并且其中使所述流动部分穿透所述泡沫材料粘合剂的孔穴和/或焊接到所述泡沫材料粘合剂。

9.根据权利要求7所述的方法，包括在停止机械振动的步骤之后保持所述压下力。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述连接器的远端形成面向远侧的边缘。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述可液化材料是热塑性材料。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述连接器包括不可液化材料的主体。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述主体包括用于相对于所述第一物体锚固另一物体的附接结构，所述附接结构包括内螺纹、外螺纹、卡口连接结构中的至少一个。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述连接器具有头部或其它侧向突出的近侧特征，并且其中所述头部或其它侧向突出的特征用作止挡特征。

15.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：提供具有开口的第二物体，以及相对于所述第一物体放置所述第二物体，其中在使所述连接器接触所述低密度层的步骤中，使所述连接器的轴部分延伸穿过第二物体的开口，并且其中在停止能量传递的步骤之后，第二物体被夹在所述第一物体和所述连接器的面向远侧的表面部分之间。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述连接器没有任何明显旋转的情况下进行将所述连接器压靠在所述低密度层上并将机械振动能耦合入所述连接器的步骤。

17.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述振动是纵向振动。

18.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述连接器具有头部或其它侧向突出的近侧特征，并且其中所述头部或其它侧向突出的特征用作止挡特征，其中一旦头部或其它侧向突出的近侧特征的面向远侧的表面部分与第一结构层或第二物体的近侧表面物理接触，就停止能量输入。

19.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：提供具有开口的第二物体，以及相对于所述第一物体放置所述第二物体，其中在使连接器的面向远侧的表面部分与所述低密度层接触的步骤中，使所述连接器的轴部分延伸穿过第二物体的开口，并且其中在停止能量传递的步骤之后，所述第二物体被夹在所述第一物体和所述连接器的面向远侧的表面部分之间。

20.根据权利要求1或2所述的方法，包括在停止能量传递的步骤之后将压下力保持一段时间的附加步骤。

21.根据权利要求7所述的方法，其中，所述压下力由工具施加，所述工具包括与所述连接器的互补导向结构配合的导向结构，以限定所述连接器相对于所述工具的面向远侧的位置。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述工具是超声波发生器。

23.根据权利要求7所述的方法，其中，所述连接器包括锚固部分和功能结构。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述功能结构是限定连接部位的连接结构。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述连接器包括板状主体，所述锚固部分从所述板状主体朝向远侧突出，并且所述功能结构布置在所述板状主体的近侧，其中所述主体部分包括面向近侧的耦合输入面，所述压下力在锚固期间被耦合入所述耦合输入面。

26.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述连接器具有面向远侧的抵接面，并且其中在所述抵接面抵靠所述第一物体的相应面向近侧的结构的情况下停止使所述连接器相对于所述第一物体朝远侧方向移动。

27.根据权利要求23所述的方法，其中，所述功能结构相对于插入轴线偏离中心。

28.根据权利要求27所述的方法，还包括在施加第二压下力的步骤期间固定所述连接器相对于所述插入轴线的取向。

29.一种将连接器锚固在第一物体中的方法，其中所述第一物体包括第一结构层和粘附到所述第一结构层的低密度层，所述低密度层包括含有充气腔的结构，其中第一结构层的第一密度高于所述低密度层的第二密度，该方法包括以下步骤：

-提供所述第一物体并提供所述连接器，所述连接器具有可通过机械振动可液化的可液化材料；

-使所述连接器与所述低密度层接触；

-将所述连接器压靠在所述低密度层上并将机械振动能耦合入所述连接器以使所述低密度层在所述连接器和所述第一结构层之间被压缩以产生所述低密度层的、具有压缩结构的压缩部分，直到所述可液化材料的流动部分变得可流动并被压入所述压缩部分的结构内，该结构在压缩之后包括至少一些充气腔，从而产生所述可液化材料和所述压缩部分的交缠结构；

-停止机械振动能并使所述流动部分重新固化，以将所述连接器锚固在保持有所述压缩结构的压缩部分中。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第一物体是夹层元件，所述夹层元件包括第二结构层，所述第一结构层和第二结构层夹持所述低密度层。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，在提供所述第一物体的步骤中，所述第一物体设置成所述第二结构层的一部分被移除以产生进入孔并由此产生所述低密度层的外露部分，并且其中使所述连接器与所述低密度层接触包括使所述连接器穿过所述进入孔与所述低密度层接触。

32.根据权利要求29所述的方法，其中，所述低密度层是泡沫材料层。

33.根据权利要求29或30所述的方法，其中，在所述连接器没有任何明显旋转的情况下进行将所述连接器压靠在所述低密度层上并将机械振动能耦合入所述连接器的步骤。

34.根据权利要求29或30所述的方法，其中，所述振动是纵向振动。

35.根据权利要求29或30所述的方法，其中，所述连接器具有头部或其它侧向突出的近侧特征，并且其中所述头部或其它侧向突出的特征用作止挡特征，其中一旦头部或其它侧向突出的近侧特征的面向远侧的表面部分与第一结构层或第二物体的近侧表面物理接触，就停止能量输入。

36.根据权利要求29或30所述的方法，还包括以下步骤：提供具有开口的第二物体，以及相对于所述第一物体放置所述第二物体，其中在使连接器的面向远侧的表面部分与所述低密度层接触的步骤中，使所述连接器的轴部分延伸穿过第二物体的开口，并且其中在停止能量传递的步骤之后，所述第二物体被夹在所述第一物体和所述连接器的面向远侧的表面部分之间。

37.根据权利要求29或30所述的方法，包括在停止能量传递的步骤之后将压下力保持一段时间的附加步骤。

38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述压下力由工具施加，所述工具包括与所述连接器的互补导向结构配合的导向结构，以限定所述连接器相对于所述工具的面向远侧的位置。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述工具是超声波发生器。

40.根据权利要求37所述的方法，其中，所述连接器包括锚固部分和功能结构。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述功能结构是限定连接部位的连接结构。

42.根据权利要求40所述的方法，其中，所述连接器包括板状主体，所述锚固部分从所述板状主体朝向远侧突出，并且所述功能结构布置在所述板状主体的近侧，其中所述主体部分包括面向近侧的耦合输入面，所述压下力在锚固期间被耦合入所述耦合输入面。

43.根据权利要求29或30所述的方法，其中，所述连接器具有面向远侧的抵接面，并且其中在所述抵接面抵靠所述第一物体的相应面向近侧的结构的情况下停止使所述连接器相对于所述第一物体朝远侧方向移动。

44.根据权利要求40所述的方法，其中，所述功能结构相对于插入轴线偏离中心。

45.根据权利要求44所述的方法，还包括在施加第二压下力的步骤期间固定所述连接器相对于所述插入轴线的取向。

46.一种将连接器锚固在第一物体中的方法，其中所述第一物体包括低密度层和近侧结构层，所述低密度层包括多个元件和充气空间的结构，该方法包括：

-提供所述第一物体，其中所述近侧结构层被局部移除或破坏以在所述近侧结构层中产生进入孔，以便在不移除低密度层情况下进入低密度层，

-提供所述连接器，所述连接器具有通过机械振动可液化的可液化材料，其中，所述连接器包括近侧部分和在所述近侧部分远侧的远侧部分，其中所述远侧部分是中空的并且呈套管状；

-使所述连接器的所述远侧部分与所述低密度层接触；

-将所述连接器压靠在所述低密度层上并将机械振动能耦合入所述连接器以使所述连接器穿入所述低密度层，直到所述可液化材料的流动部分变得可流动并造成互穿多个元件之间的空间，从而产生所述可液化材料和所述多个元件的交缠结构；和

-停止所述机械振动能并使所述流动部分重新固化，以将所述连接器锚固在所述低密度层中。

47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述第一物体是夹层板，其中第一结构层和作为第二结构层的近侧结构层将所述低密度层夹在中间。

48.根据权利要求46或47所述的方法，其中，按压所述连接器并将振动能耦合入所述连接器的步骤还引起所述元件变形，其中被互穿的所述空间是变形的多个元件之间的空间，从而产生所述可液化材料和变形的多个元件的交缠结构。

49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述低密度层的多个元件的结构是多个竖向壁的结构，并且其中所述按压步骤包括在平行于所述壁的方向上按压所述连接器。

50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述多个竖向壁形成蜂窝结构。

51.根据权利要求49所述的方法，其中，按压所述连接器并将机械振动能耦合入所述连接器的步骤包括控制压下力和振动能输入，使得所述竖向壁穿入所述可液化材料且所述可液化材料填充多个竖向壁之间的空间。

52.根据权利要求46或47所述的方法，其中，在所述连接器没有任何明显旋转的情况下进行将所述连接器压靠在所述低密度层上并将机械振动能耦合入所述连接器的步骤。

53.根据权利要求46或47所述的方法，其中，所述振动是纵向振动。

54.根据权利要求46或47所述的方法，其中，所述连接器具有头部或其它侧向突出的近侧特征，并且其中所述头部或其它侧向突出的特征用作止挡特征，其中一旦头部或其它侧向突出的近侧特征的面向远侧的表面部分与第一结构层或第二物体的近侧表面物理接触，就停止能量输入。

55.根据权利要求46或47所述的方法，还包括以下步骤：提供具有开口的第二物体，以及相对于所述第一物体放置所述第二物体，其中在使连接器的面向远侧的表面部分与所述低密度层接触的步骤中，使所述连接器的轴部分延伸穿过第二物体的开口，并且其中在停止能量传递的步骤之后，所述第二物体被夹在所述第一物体和所述连接器的面向远侧的表面部分之间。

56.根据权利要求46或47所述的方法，包括在停止能量传递的步骤之后将压下力保持一段时间的附加步骤。

57.根据权利要求51所述的方法，其中，所述压下力由工具施加，所述工具包括与所述连接器的互补导向结构配合的导向结构，以限定所述连接器相对于所述工具的面向远侧的位置。

58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述工具是超声波发生器。

59.根据权利要求51所述的方法，其中，所述连接器包括锚固部分和功能结构。

60.根据权利要求59所述的方法，其中，所述功能结构是限定连接部位的连接结构。

61.根据权利要求59所述的方法，其中，所述连接器包括板状主体，所述锚固部分从所述板状主体朝向远侧突出，并且所述功能结构布置在所述板状主体的近侧，其中所述主体部分包括面向近侧的耦合输入面，所述压下力在锚固期间被耦合入所述耦合输入面。

62.根据权利要求46或47所述的方法，其中，所述连接器具有面向远侧的抵接面，并且其中在所述抵接面抵靠所述第一物体的相应面向近侧的结构的情况下停止使所述连接器相对于所述第一物体朝远侧方向移动。

63.根据权利要求59所述的方法，其中，所述功能结构相对于插入轴线偏离中心。

64.根据权利要求63所述的方法，还包括在施加第二压下力的步骤期间固定所述连接器相对于所述插入轴线的取向。

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