CN110612195A - 将物体结合在一起 - Google Patents

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CN110612195A CN201880022068.6A CN201880022068A CN110612195A CN 110612195 A CN110612195 A CN 110612195A CN 201880022068 A CN201880022068 A CN 201880022068A CN 110612195 A CN110612195 A CN 110612195A
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CN
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rim
thermoplastic material
perforation
rotational movement
connector
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CN201880022068.6A
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English (en)
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J·迈耶
L·托里亚尼
J·奎斯特
P·莫塞尔
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Woodwelding AG
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Abstract

本发明处于机械工程和构造领域，尤其是机械构造例如汽车工程、飞机构造、铁路行业、造船、机器构造、玩具构造和建筑行业。它涉及将第一物体(1)机械固定至第二物体(2)的方法。该方法包括以下步骤：提供包括固态的热塑性材料(3)的第一物体(1)，提供具有带有边沿(21)的大体平坦的片材部的第二物体(2)，相对于第二物体(2)定位第一物体(1)并使第一物体(1)和第二物体(2)彼此相对运动，所述相对运动包括转动运动，从而形成包括可流动的热塑性材料的熔融区(13)，从而熔融区(13)的热塑性材料围绕边沿(21)流动而至少部分将边沿(21)嵌入在热塑性材料中。本发明还涉及适用于根据本发明的方法中的连接器。

Description

将物体结合在一起
技术领域
本发明涉及机械工程和构造领域，尤其是机械构造领域，例如汽车工程、飞机构造、铁路行业、造船、机器构造、玩具构造、建筑行业等。尤其是，它涉及将第二物体机械固定至第一物体的方法。
背景技术
在汽车行业、航空行业和其它行业中，已经有弃用仅钢制结构并且反而采用轻质材料如铝或镁金属片材或聚合物如碳纤维增强聚合物或玻璃纤维增强聚合物或无增强的例如无聚酯等的聚合物的趋势。
新材料造成在这些材料的元件的结合方面、尤其在将稍平的物体结合至另一物体方面的新挑战。其一个例子是将聚合物基材料的部件结合至金属部件如金属片材。
为了应对这些挑战，汽车、航空和其它行业已经开始大量使用粘合剂结合。粘合剂结合可以轻便而强力，但遇到无法长期控制可靠性的缺点，因为例如因为脆化的粘合剂而降解的粘合剂结合在没有完全解除结合的情况下几乎是无法检测的。而且，粘合剂结合可能导致制造成本增加，既因为材料成本、也因为在制造过程中由缓慢硬化过程所引起的延迟，尤其是如果待彼此连接的表面具有一定的粗糙度，进而无法采用快速硬化的薄层粘合剂。另外，在两个不具有相同的热膨胀系数的物体之间的稍平的粘合剂结合可能导致额外的可靠性问题，因为粘合剂结合可能在每天使用中因温度波动而经受相当大的剪切力。
在元件相互结合时的一项特殊挑战是公差补偿，例如如果借助并非粘合剂结合的结合例如用螺钉螺母或铆钉使所述元件相互结合。在这样的结合中，需要紧固件和各自紧固位置的相对位置的精确限定。如果制造过程必须是尤其经济的和/或如果待连接部件在至少一个维度上相当大和/或对它们在不同形式的制造和使用过程中所经受的条件作出反应(例如如果它们具有不同的热膨胀系数)，这样的精确限定可能尤其是难以做到的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种将第二物体机械固定至第一物体的方法，该方法克服了现有技术方法的不足。本发明的目的尤其是提供一种合算的方法，其在热塑性部件和在热塑性部件液化条件下不可液化的部件之间产生可靠连接或者借助热塑性连接件在不同部件之间产生可靠连接。本发明的另一目的是提供在部件之间产生可靠连接的高效快速的方法。
根据本发明的方法适用于将第一物体机械固定至第二物体并且包括如下步骤：
·提供第一物体，其中第一物体(1)包括固态的热塑性材料。
例如第一物体可以是或包括定位销、连接器、塞子、密封件、用于另一物体的锚固件或固定件、具有不同的物理性能如不同的机械性能、声学性能或光学性能或者化学性能如液体阻力等的板或木板。
·提供具有带有边沿的大体平坦的片材部的第二物体。
第二物体可以是具有稍平的片材部的任何物体。在这里的“片材部”并不暗示必然均匀一致的厚度。第二物体尤其可以是金属片材。或者，第二物体可以是带有片材部的另一物体，例如具有金属片材部分的更复杂物体，该金属片材部分构成片材部，或者是其片材部不是由狭义上的金属片材(轧制制造)构成的物体，而是例如由铸造制造的金属件构成，如压铸物体。
在一个实施例中，所提供的第二物体包括片材部的穿孔，所述边沿沿穿孔延伸。
·相对于第二物体定位第一物体以提供包括第一和第二物体的组件，在该组件中该边沿接触该热塑性材料。
·在该边沿接触热塑性材料时，使第一物体和第二物体彼此相对运动，以致形成包括可流动的热塑性材料的熔融区并且熔融区的热塑性材料围绕边沿流动以便至少部分将该边沿嵌入在该热塑性材料中。
换言之，该边沿和视情况而定地该片材部的相邻部分形成第二物体的固定部位。
因在彼此相对运动的边沿和热塑性材料之间产生的摩擦热而形成所述熔融区。
通过施加至第一和第二物体中的至少一个上的激励来产生相对运动。
在根据本发明的方法中，相对运动包括转动运动。
尤其是，该相对运动不是仅由沿着直线例如第一或第二物体的近远轴线或穿孔的纵轴线的运动构成。
该相对运动可以没有沿这样直线的任何振荡运动。
该相对运动可以没有任何振荡运动。
在一个实施例中，在相对于第二物体定位第一物体的步骤中建立的在边沿和热塑性材料之间的接触限定出一个平面。在这样的实施例中，该转动运动的转动轴线可以平行于所述平面的法线。
但是，该转动轴线可以例如由第一和第二物体中的至少一个的孔或突起的纵轴线不同地限定。
此外，也可以设想如下实施例，其中该转动轴线没有平行于所述平面的法线。在这样的实施例中，在第一和第二物体之间的接触点处形成熔融区，其随后在边沿嵌入热塑性材料期间内连续膨胀。但是，在转动轴线和法线之间的角度可能因为边沿的形状而受到限制。例如该边沿可以通过第二物体的突起形成。在这样的实施例中，该角度使得突起可以穿透入热塑性材料中，从而它允许沿闭合线产生熔融区并且边沿完全嵌入热塑性材料中。
包括未平行于所述平面的法线的转动轴线的实施例在尤其与振荡转动运动组合使用时导致了第一物体与第二物体的良好结合。
在实施例中，该方法还包括沿着轴向轴线、尤其沿着近远轴线施加机械压力的步骤。尤其是该机械压力使得其促进该边沿嵌入在热塑性材料中。该机械压力可在局部被施加至第一或第二物体，其中，局部未承受压力的物体例如贴靠支撑件安放。
在任一实施例中，可以在施加机械压力和/或激励的步骤中由支撑件来保持该组件。
施加机械压力的步骤可以在使第一和第二物体彼此相对运动的步骤之前或与之同时地进行。
在相对运动之前进行的机械压力可能就结合质量而言、尤其就所产生的结合的结合深度和强度而言是有利的。
尤其是，所述激励可以从组件的一侧例如近侧来施加，而机械压力从该组件的相对侧例如远侧来施加。
在一个实施例中，产生转动运动的激励从该组件的近侧被施加至第一物体，并且机械压力从该组件的远侧被施加至第二物体。
·停止该相对运动并使热塑性材料重新凝固以在第一和第二物体之间产生形状配合连接。
机械压力可持续的时间足以使热塑性材料在停止相对运动后重新凝固。
包括使用转动运动以形成熔融区的方法相比于仅包括轴向运动如振荡轴向运动的方法的优点是可减小轴向连接力。这是因为摩擦热至少部分由转动运动产生。于是，根据本发明的方法对于例如具有低刚度或减小刚度的第二物体例如薄(如钢或铝)片和/或例如包括敏感面的第二物体是有利的。
所提供的第二物体可以在第二物体的并非自此使第一物体与之接触的一侧的另一侧包括空间。
例如在第一物体从第二物体的近侧就位且使第一物体相对于第二物体相对运动的实施例中，远侧可以沿所述边沿(于是如果可用围绕穿孔)是自由的，从而热塑性材料可以立刻沿着第二物体片材部的表面流动。
第一和/或第二物体可包括至少一个能量导向器，即第一和/或第二物体可以具有表面轮廓，其限定出在此的热塑性材料熔融条件是有利的多个部位或区域。但该边沿还有形成下述膨胀件的锥形突起是能量导向器的例子。
在一个实施例中，该转动运动包括围绕转动轴线的转动运动，其中该转动运动包括恒定转动方向。
尤其是，该转动运动至少针对围绕转动轴线一整圈的相关部分、例如一整圈的四分之一或半圈包括恒定转动方向。
该恒定转动方向是顺时针或逆时针。也可以设想该相对运动是顺时针或逆时针，但不会是一会儿顺时针、一会儿又逆时针。尤其是，它不是振荡转动运动。
在此实施例中，转动运动可以例如由其按圈/秒计的转速给定。
转速可以在该方法过程中被调整。
该方法所用的转速或者转速范围可以依据第一和第二物体、尤其是其成分和尺寸。
尤其是该转动运动可以是、即可以由具有围绕转动轴线的恒定转动方向的转动运动构成。
或者，该转动运动包括所述振荡转动运动。换言之，该相对运动包括围绕转动轴线的往复振荡转动，即它在顺时针转动和逆时针转动之间切换。
尤其是，该振荡转动运动的特点可以是频率和振幅，其中该振幅可以弧度给定。
所述频率和/或摆幅可以在该方法中被调整。
所述方法所用的频率和/或振幅或者频率范围和/或振幅范围可能取决于所述第一和第二物体，尤其是其成分和尺寸。
该转动运动尤其可以是、即可由围绕转动轴线的振荡转动运动构成。
在一个实施例中，该转动运动包括绕转运动。
该转动运动可以是、即可以由绕转运动构成。但可以设想与包括恒定转动方向的转动运动或振荡转动运动组合的绕转运动。
该绕转运动尤其是围绕中心轴线的绕转运动。
该中心轴线可以法向于由在相对于第二物体定位第一物体的步骤中建立的在边沿和热塑性材料之间的接触限定的平面。
该中心轴线可以是例如穿孔的纵轴线。
包括绕转运动的实施例的一个优点是在第一和第二物体之间所产生的接触不需要是关于第一和/或第二物体的转动轴线是旋转对称的。
在包括绕转运动和还包括形成该边沿的穿孔的子组实施例中，绕转运动使得该熔融区的径向延伸部分小于0.5倍的穿孔直径、尤其小于0.2倍的直径、例如在0.1倍直径和0.2倍直径之间。具有这样的径向延伸部分的熔融区就良好可控的结合过程而言是有利的。
尤其是，垂直于穿孔纵轴线和/或第一或第二物体的转动轴线的穿孔横截面不再需要是圆形的。例如所述横截面可以是椭圆形的或者关于所述纵轴线或转动轴线具有4重或更高、例如6重或8重旋转对称性。尤其是12重或更高的旋转对称性可就在根据本发明的方法中产生熔融区而言是有利的。
具有n重旋转对称性的横截面可以包括笔直段、弯曲段或笔直和弯曲段的组合。
在一个实施例中，在定位步骤中从大体近侧使第一物体接触到第二物体。此外，可以在流动部分变得可流动之前，可以沿着该边沿空出在第二物体远侧的空间。
在一个实施例中，在定位步骤中从大体近侧使第一物体接触到第二物体，并且使第一和第二物体彼此相对运动的步骤包括将工具耦合至第一物体的朝向近侧的耦合面，由此朝向远侧即朝向第二物体的压力和转动运动通过工具被同时耦合输入第一物体。
在一个实施例中，所提供的第一物体和所提供的第二物体中的至少一个包括耦合输入面。此外，根据此实施例的方法包括提供包括耦合输出面的工具的步骤，其中该耦合输出面布置成接合耦合输入面。另外，该工具被配备成产生能够使通过使用耦合输出面而接合工具的物体处于转动运动的激励。
所述物体尤其被置于相对于包括该耦合输入面的另一物体的运动中。
该方法可包括使耦合输出面接触到耦合输入面的步骤。例如这可在使第一和第二物体彼此相对运动的步骤之前或者在相对于第二物体定位第一物体的步骤之前进行。尤其能以接合该工具的方式提供第一或第二物体。
尤其是所述耦合输出面和耦合输入面以及所造成的接合使得所述激励和视情况而定地机械压力可以被传递至接合的物体。
在包括工具的实施例中，工具的远端可以适配于边沿形状，使得该工具没有相对于组件横向滑动。这意味着，在超声焊极和第一物体之间的耦合面可被限制到按照第二物体的形状和边沿位置而定制的区域。例如耦合输出面可以被限制到与第二物体边沿的走向相接的条道。在具有边沿沿此形成的穿孔的实施例中，耦合面可以例如呈带有中心开口的环状。
在具有穿孔的实施例中，穿孔周围片材部具有远离片材平面突出的突出(变形)部段。如果该转动运动被耦合入第一物体，则突出可以朝向第一物体即朝向近侧，或者突出远离第一物体、即突出朝向远侧。
例如突出(变形)部段包括多个舌片，其中该边沿由舌片的端边沿构成。
这样的舌片或者舌片之间的间隙增大包括通过该方法被固定至第二物体的第一物体的元件的抗扭强度。
借助舌片使用、尤其是由片材部形成的舌片的使用提高抗扭强度可以通过包括转动运动的方法来成为可能。这是因为包括转动运动的方法即便当与主要基于振荡轴向运动的方法相比明显较低的机械压力被施加至包括第一和第二物体的组件时也保证了产生足够的摩擦热以形成熔融区。主要基于轴向运动的方法难以被用于借助舌片使用来提高抗扭强度，因为舌片轴向刚度有限。
尤其是，振荡转动运动的使用对于包括具有许多舌片的突出(变形)片材部的实施例是有利的。例如将第一物体机械固定至第二物体的方法因振荡转动运动而变为可更好控制的过程。另外已经发现了，小于舌片之间间隙的振荡转动运动的振幅、即间隙所延伸经过的弧度数就压紧控制和作用于舌片的载荷而言是有利的。尤其是，如果振荡转动运动的振幅小于舌片之间的间隙，则在第一物体中聚合物在舌片之间桥接部可以保持固态，并且可以防止这种桥接部的液化。
更概括地讲，使用包括用于产生熔融区的转动运动的方法容许使用该方法用于在固定部位具有有限的稳定性、尤其是有限的轴向稳定性的第二物体。
突出(变形)部段可以围绕穿孔外周连续延伸。
在实施例中，沿所述边沿(因此如果可行围绕穿孔)的片材部变形，使得片材部突出远离所限定的片材平面。换言之，沿所述边沿的片材部具有突出远离片材平面的部段。尤其是，该片材部可以突出朝向第一物体侧(在转动运动自大致近侧被耦合输入第一物体的实施例中朝向近侧)。尤其是，作为变形部段的突出部段(如果有)可以由与片材部一样的金属片材材料构成。
就此而言，术语“片材平面”表示由大体平面的片材部的在边沿周围区域中、尤其是穿孔(如果有)周围区域中的形状所限定的平面/表面。片材平面可以就笔直延伸入两个维度而言是平面的。或者，片材平面可以是弯曲的，由此贴合更复杂的3D形状，例如如果它构成复杂物体例如车身或飞机机身的表面。在第二物体在边沿附近变形而突出远离片材平面的情况下，第二物体的在变形部段自此延伸出的位置处的曲率通常将比片材平面的曲率大许多。
这样的变形部段可以通过使片材部的相应部分变形来形成，例如通过完成切割(例如冲孔)并弯曲或以其它方式的变形，于是在片材部的相应部分最初所在处留下第二元件开口。这样，变形部段仍然可以与片材部段成一体。
作为变形部段的替代，也可以作为例如通过焊接被固定至该板材的单独元件来提供该片材部的突出远离片材平面的一个部段。
作为变形部段的甚至又一个替代，如果所述部段是陶瓷的，则通过从头成形工艺例如压铸或压制或注塑成型(随后是众所周知的后续加工步骤)将可以制造一个突出朝向自此使第一物体接触上的一侧的部段，该部段结束于所述边沿。在这样的实施例中，该片材部甚至可以由突出朝向第一物体的部分和/或在加工过程后嵌入在流动部分中的部段构成，即无需具有由片材部进一步限定的片材平面。
在具有穿孔和穿孔周围的突出(例如变形)部段的实施例中，该变形部段可以是对称的，即可以是围绕穿孔均匀变形的(这包括变形部段具有例如带有类锯齿形状的粗糙边沿的可能性)。尤其是，它可以关于围绕轴线的转动是对称的，该轴线垂直于经过穿孔中心的片材平面。
或者，它可以关于围绕所述轴线的转动是非对称的，因为该突出部段的高度(在粗糙边沿/齿状边沿情况下的平均高度)与沿边沿的位置相关地是不同的。在这样的实施例中，非对称性甚至可以使得突出部段没有完全围绕穿孔延伸而是沿边沿的没有这样的突出部段的一些段延伸。但在此情况下，该突出部段可以沿外周的至少180°延伸以便关于所有平面内相对力将第一和第二物体彼此锁定。
该方法可以包括在定位步骤之前例如通过冲孔、钻孔等在第二物体中制造穿孔的另一步骤。或者，沿之形成所述边沿的穿孔在实施例中可以是本来就存在于第二物体中的或者在制造过程中提供的开口。
该穿孔可以通过激光切割产生。
尤其当该穿孔通过激光切割产生时，该片材部可以被如此切割，即形成底切。这样的底切可能导致在第一物体和第二物体之间的形状配合连接，其作为基于第二物体、尤其是片材部的整体形状的形状配合连接的补充或替代。在任何情况下，源自这种底切的形状配合连接可以增大通过该方法被固定至第二物体的第一物体的抗拉出能力。
在该穿孔包括以其远端或近端形成边沿的突出(突起/变形)部段的实施例中，该突出部段可以形成第二物体的有助于相应的形状配合连接的整体形状的部分。突出部段于是可以是激光切割的，从而形成了所述底切，其中所述底切导致补充于源自第二物体整体形状的形状配合连接的形状配合连接。
所设想的抗拉出能力可以通过设计所述底切和通过片材部例如舌片的整体形状形成的底切来实现。
使用激光切割来制造穿孔容许各种不同形状的底切的设计。尤其是，使用激光切割来制造舌片容许无法用传统的制造技术例如冲孔、钻孔等来制造的各种不同设计。
由此，不需要该舌片的设计产生高的耐压稳定性、尤其是高的轴向稳定性，因为使用转动运动来产生熔融区，只需要轴向压力来使舌片进入熔体中。
例如可以设想如下舌片，其横向延伸部分依据距片材平面的距离、即依据轴向位置变化。由此，包括具有第一横向延伸部分的一个区域和具有不同于第一横向延伸部分的第二横向延伸部分的一个区域的顺序可以形成所述底切。
例如所述舌片可以包括与形成片材平面的第二物体部分的桥式连接。在此情况下，在弯曲边沿处形成所述底切，舌片在该弯曲边沿处弯曲远离第二物体形成片材平面的部分。
在一个实施例中，所提供的第二物体包括主穿孔，其边沿沿主穿孔延伸，还包括沿主穿孔的外周分布的多个副穿孔。
这样的副穿孔的作用是增大所述连接的面积、提供附加的抗转动固定、通过提供另一流道而减小加工过程中的阻力。
尤其是，副穿孔小于主穿孔。
该主穿孔可以大致是圆形的。
所提供的第二物体的片材部可以围绕主穿孔地具有自片材平面远离突出朝向接触侧的突出部段，其中该副穿孔可至少部分布置在突出部段中。
在一个实施例中，所提供的第一物体沿着第一物体轴线在第一物体的近侧面和第一物体的远侧面之间延伸并且包括从远侧面向远侧突出的突起。在这样的实施例中，该方法包括将突起的至少一部分推入穿孔以致该边沿接触平行于第一物体轴线布置的突起表面的部分和第一物体远侧面的部分中的至少一个的另一步骤。
所提供的第一物体可以具有布置在该突起的近侧的头部。于是，该头部至少部分形成第一物体的远侧面和近侧面。
若所提供的第一物体包括突起和头部，则将突起的至少一部分推入穿孔的步骤可以包括将突起推入穿孔使得由头部形成的远侧面接触该边沿。于是，在头部的远侧处形成在使第一和第二物体彼此相对运动的步骤中形成的熔融区。
包括将突起的至少一部分推入穿孔的步骤的实施例还可以包括使被推入或已被推入穿孔的突起部分径向膨胀而使径向膨胀的突起膨胀超出穿孔边沿的步骤。换言之，突起膨胀使得它无法再在径向膨胀步骤之后被拉出该穿孔。
尤其是，该径向膨胀是关于第一物体轴线的径向膨胀。
这意味着，膨胀的突起在平行于第一物体轴线的方向上形成形状配合连接。所述形状配合连接可以是除了由熔融区的热塑性材料所形成的形状配合连接外的形状配合连接，该热塑性材料围绕边沿流动以便至少部分将边沿嵌入在热塑性材料中。
径向膨胀所述突起部分的步骤可以在将突起的至少一部分推入穿孔的步骤之中或之后来完成。
突起的径向膨胀可以包括突起的塌缩。
包括径向膨胀被推入或已被推入穿孔的该突起部分的步骤的实施例还可以包括以下当中的至少一个：
·使第一物体自旋以致可流动的热塑性材料因离心力而径向膨胀的步骤。
·在提供第二物体(2)的步骤中，第二物体包括远侧面，该方法包括使第一物体的远侧部、尤其是突起的远端接触远侧面的后侧的步骤和使第一物体的所述远侧部变形的步骤。
尤其是，该远侧面具有机械稳定性，使得第一物体的远侧部可以因被压到远侧面上而变形。所述变形可以包括例如通过使第一和第二物体彼此相对运动使第一物体的远侧部可流动。
例如，所提供的第二物体是层叠板例如夹层板(夹芯板)、尤其是包括两个面板和一个蜂窝芯体的复合夹层板(有时称为“空心芯板HCB”)。
所提供的第二物体的远侧面和/或所提供的第一物体的远侧部可以包括膨胀件。在远侧面情况下，该膨胀件可以例如呈锥形突起形状。在远侧部情况下，该膨胀件可以例如呈狭缝状。于是，该突起可以是狭缝的。
所提供的第二物体的远侧面和/或第一物体的远侧部可包括能量导向器。
也可以设想突起穿透第二物体的远侧面(它在此情况下不需要具有所述机械稳定性)，并且该方法包括提供砧座的步骤。于是，第一物体的远侧部通过被压靠在砧座上被径向膨胀。砧座和/或远侧部可以具有膨胀件和/或所述的能量导向器。
砧座还可以在近侧面具有头部形成凹部。膨胀件可以布置在该头部形成凹部中。
·提供工具的步骤包括：
*反作用件，其布置或可布置在第一物体的远侧、尤其是突起远端的远侧，其中该反作用件可以通过施加推力至反作用件沿第一物体轴线在近侧方向上被移动，并且包括：
*耦合输出面，其布置或可布置在第一物体的近侧面，例如至第一物体的耦合输入面(如果有)，其中可以通过耦合输出面对第一物体施加压力。
所述反作用件和耦合输出面布置成使得压缩力可被施加至第一物体。这意味着该工具配备成在使第一和第二物体彼此相对运动的步骤中压缩第一物体的至少一部分。
被压缩的部分尤其是突起。
被推入或已被推入穿孔的突起部分的膨胀可以包括例如通过使第一和第二物体彼此相对运动使突起至少部分可流动。
尤其是，在突起的远端和反作用件之间的界面处使突起可流动。
所述反作用件和/或突起可以包括膨胀件和/或如上所述的能量导向器。
在包括被推入或已被推入穿孔中的突起部分径向膨胀的步骤的方法的实施例中所提供的工具的每个特征可以补充于在任何其它方法实施例中所提供的工具的任何其它特征。
在一个实施例中，第二物体且尤其是边沿周围区域被如此预紧，即该边沿穿透入在使第一物体相对于第二物体相对运动的步骤中形成的可流动的热塑性材料中。
该边沿可以在将第一物体推入穿孔的步骤中穿透入可流动的热塑性材料中，或者第一物体可以在第一步骤中被推入穿孔中而没有产生熔融区，随后是使第一物体和第二物体彼此相对运动以形成熔融区的步骤。换言之，第一物体可以在所述相对运动中或在所述相对运动前被推入穿孔中。
尤其是，第二物体包括包括该边沿的突出部段，其中该突出部段在远侧方向上突出，而第一物体从近侧方向被推入该穿孔。
所述预紧可以是静态预紧。
所述预紧可以通过第二物体尤其是边沿周围区域的弹性变形来产生。
例如，在包括提供带有穿孔的第二物体、提供包括具有突起的第一物体以及将突起的至少一部分推入穿孔的步骤的实施例中，突起直径可以大于穿孔直径。在这样的实施例中，将突起的至少一部分推入穿孔的步骤可以在使第一和第二物体彼此相对运动的步骤之前、即在形成熔融区之前进行。于是，在推入步骤中在第二物体中通过使其变形、尤其是弹性变形来产生静态预紧。所述预紧造成边沿穿透入在使第一物体相对于第二物体相对运动的步骤中形成的可流动的热塑性材料中。
在此实施例中，该方法包括如下步骤：(1)将该突起的至少一部分推入穿孔，(2)使第一和第二物体彼此相对运动，从而形成包括可流动热塑性材料的熔融区，其中该推入步骤在使第一和第二物体彼此相对运动的步骤之前进行。
尤其是，该边沿接触平行于第一物体轴线布置的该突起表面的至少一部分。于是，所述预紧基本上沿着垂直于第一物体轴线的一个轴线和/或该边沿穿透一侧但不是突起的远端。
该边沿尤其由变形部段形成，其中变形部段向远侧突出远离片材平面。
变形部段可弹性变形或包括回弹特性。
第一物体、尤其是其突起可以是锥形的和/或包括多个横向槽。
边沿穿透入第一物体可以进一步由以下措施中的至少一个促成：
·围绕突起提供包括回弹特性的第二物体，例如通过包括叶片、翅片、翼片或舌片。
·提供包括狭缝的第二物体，其中该狭缝关于穿孔径向布置。
径向狭缝(缝隙)尤其与绕转运动相组合是优选的。
·提供第二物体，其包括至少可弹性变形的围绕突起的材料。
尤其在包括边沿周围区域的预紧的实施例中，但并非仅在这样的实施例中，该突出部段可以除了穿孔外还包括至少一个孔。这样的孔提高在第一和第二物体之间产生的连接的稳定性，尤其是防止沿平行于穿孔纵轴线的轴线的转动运动的稳定性。
第一物体和与第二物体的连接在实施例中可以例如能密封该穿孔，即从其远侧区域密封在第二物体的近侧区域。换言之，第一物体可以构造成通过密封封闭穿孔从第一或第二物体的远侧密封第二物体的近侧。为此，第一物体例如可以具有延伸至外周的连续主体，所述外周包嵌所述边沿。
尤其是，所提供的第一物体可以是防水的。
在根据任一实施例的方法中，所提供的第一物体可以包括以下当中的至少一个：
·除了热塑性材料外，不可液化材料的主体。这样的不可液化材料的主体可以构成第一物体的增强部。
尤其是，如此执行使第一和第二物体彼此相对运动的步骤使得在造成流动部分重新凝固的步骤中，所述主体延伸穿过由该边沿限定的平面。
但是，第一物体在一些实施例中可以由热塑性材料构成。
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由大量颗粒构成的单纯填料，而是具有规定的位置和取向以及相当大的尺寸的宏观主体。在由第二物体限定的片材平面中，所述尺寸例如可以是第一物体(垂直于插入轴线的横截面的)平均直径的或者如果可用则是穿孔平均直径的至少10％，和/或特征尺寸可以在任一维度是至少0.1毫米。尤其是该主体可以是金属的或陶瓷的。尤其是，该主体可以是这样的，即能够具有规定的形状并由此给第一物体添加刚度。通过该主体，第一物体被限定到至少两个空间分离的区域，即主体区域和热塑性区域。
在第一物体除了热塑性材料外也包含不可液化材料的实施例中，该热塑性材料可以布置在接触到该边沿的至少一个表面部分上。
·用于将另一物体紧固至第一和/或第二物体的固定件。
尤其是，该固定件可以包括紧固结构。螺纹、螺纹杆、螺母、插塞连接、卡锁或卡口锁合的元件是紧固结构的例子。
第一物体通过包括紧固结构而可以是该固定件。
第一物体上可以带有包括紧固结构的固定件。
在这样的实施例中，第一物体可以被视为用于另一物体的紧固件或锚固件。在替代实施例中，第一物体本身可以构成具有并非仅作为紧固件的功能的物体，例如基于所提到的不同的物理性能和/或化学性能。
本发明还涉及一种连接器，它是根据本文所述的任何实施例的第一物体。于是，这样的连接器适用于在根据任一实施例的方法中。
该连接器：
·至少在附接部位处包括固态的热塑性材料。
·该连接器能够借助如下方法被固定至具有带有边沿的大体平坦的片材部的第二物体，该方法包括在附接部位和第二物体被彼此压靠的同时使连接器相对于第二物体相对运动，直到热塑性材料的流动部分因为在边沿和热塑性材料之间产生的摩擦热而变得可流动并围绕边沿流动而至少部分将边沿嵌入在热塑性材料中，其中该相对运动包括转动运动。
尤其是，该转动运动是具有围绕转动轴线的恒定转动方向的转动运动、围绕转动轴线的振荡转动运动和绕转运动中的至少一个。
·该连接器还包括紧固结构，其配备用于与另一物体的紧固结构配合以将另一物体固定至所述连接器且由此将另一物体连接至第二物体。
螺纹、螺纹杆、螺母、插塞连接、卡锁或卡口锁合的元件是紧固结构的例子。
在一个实施例中，该连接器包括不同于附接部位的部分，所述部分被配备成关于连接器轴线径向膨胀。
尤其是，该连接器可包括头部和被推动穿过第二物体的穿孔的突起。所述部分可以是突起的一部分。
通常，所述连接器轴线对应于第一物体轴线。
例如，所述部分可以包括膨胀件尤其是如上所述的第一物体的膨胀件，或者它可以由其构成。
或者，所述部分布置成在围绕转动轴线自旋时变得可流动，从而所述部分因离心力而膨胀。为了获得可流动，所述部分可以至少部分接触到和/或被压靠第二物体表面。
在本文中，表述“尤其通过相对运动能使热塑性材料可流动”或简称“可液化的热塑性材料”或者“可液化材料”或“热塑性”被用于描述包括至少一种热塑性组分的材料，在加热时(尤其在通过摩擦加热时)，即当布置在彼此接触并且相对于彼此运动的一对表面(接触面)中的一个表面上，该材料变为液体(可流动)。
在某些情况下，例如如果第一物体本身必须承载大量载荷，则如果材料具有高于0.5GPa的弹性系数，这是有利的。在其它实施例中，该弹性系数可以低于这个值。
热塑性材料在汽车和航空行业中是众所周知的。为了根据本发明的方法的目的，尤其可以使用在这些行业应用中已知的热塑性材料。
适用于本发明的方法的热塑性材料在室温下(或者在实施该方法的温度下)是固态的。它优选包括聚合物相(尤其基于C、P、S或Si链)，其高于临界温度范围地例如通过熔融从固态转变为液态或可流动，并且当再被冷却到低于临界温度范围例如通过结晶重新转变为固态。借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)。热塑性材料通常包含如下的聚合物组分，其不是共价地交联或者以交联键在加热至或高于熔融温度范围时可逆地打开的方式交联。聚合物材料还可以包括填料例如纤维或颗粒材料，其不具有热塑性性能或者具有包括明显高于基础聚合物的熔融温度范围的热塑性性能。
在本文中，“不可液化”材料一般是如下材料，其在在此加工过程中所达到的温度下、尤其在第一物体的热塑性材料被液化的温度下不会液化。这并不排除不可液化材料将能够在在该加工过程中未达到的温度下液化的可能性，该温度通常远高于热塑性材料的液化温度或在该加工过程中热塑性材料被液化的温度(例如高至少80℃)。液化温度是结晶聚合物的熔融温度。对于非晶态热塑性塑料，液化温度(本文中也称为“熔融温度”)是指高于热塑性材料的玻璃化转变温度的温度，其在所述玻璃化转变温度变为充分可流动，有时称之为‘流动温度’(有时定义为可能挤出的最低温度)，例如粘度降低至低于104Pa*s的温度(在实施例中，尤其是基本没有纤维增强的聚合物时降低至低于103Pa*s)。
例如不可液化材料可以是金属例如铝或钢，或者硬质塑料例如增强或未增强的热固性聚合物或者增强或未增强的热塑性塑料，其熔融温度(和/或玻璃化转变温度)明显高于可液化部分的熔融温度/玻璃化转变温度，例如其熔融温度和/或玻璃化转变温度高至少50℃或80℃。
热塑性材料的具体实施例是：聚醚醚酮(PEEK)、聚酯例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、或者聚碳酸酯聚氨酯、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、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯，或它们的共聚物或混合物。
在第一和第二物体都包括热塑性材料而不期望焊接的实施例中，选择材料配对使得第二物体材料的熔融温度明显高于第一物体材料的熔融温度，例如高至少50°。合适的材料配对例如是用于第一物体的聚碳酸酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和用于第二物体的聚醚醚酮(PEEK)。
除了热塑性聚合物外，该热塑性材料也可以包括合适的纤维例如增强纤维如玻璃纤维和/或碳纤维。所述纤维可以是短纤维。长纤维或连续纤维尤其可被用于第一物体的和/或第二物体的在加工过程中不被液化的部分。
纤维材料(如果有)可以是任何已知的纤维增强材料、尤其是碳、玻璃、凯夫拉(Kevlar)芳纶纤维、陶瓷如莫来石、碳化硅或氮化硅、高强度聚乙烯(大力马)等。
未呈纤维形状的其它填料也是可行的，例如粉末颗粒。
在本文中，术语“近”和“远”被用来表示方向和位置，即“近”是操作者或机器施加能自此产生第一或第二物体的转动运动的激励的结合侧或组件侧，而远侧是相对侧。在本文中，连接器在近侧的加宽被称为“头部“，而在远侧的加宽被称为“足部”。
附图说明
以下，参考附图来描述本发明的各个方面的实施例。附图都是示意性的，而且不按比例。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。附图用于对本发明以及本发明的实施例进行解释，并且并不意味着对本发明的范围进行限制。指代取向的术语“近”、“远”等以相同的方式被在所有实施例和附图中使用。附图示出：
图1a-1d：将第一物体机械固定至第二物体的方法的实施例的示意图；
图2a和图2b：包括具有突起的第一物体和作为第二物体的夹层板的实施例；
图3a-3c：包括在第二物体中产生预紧的实施例；
图4a和图4b：包括能够产生作用于第一物体的压缩力的反作用件的实施例；
图5a和图5b：具有固定部位的第二物体的实施例；
图6a和图6b：第二物体的一个替代实施例；
图7和图8：尤其适合与绕转运动组合的第二物体的另外两个替代实施例；
图9和图10：连接器的两个实施例；
图11a和图11b：分别在初始和最终阶段通过第一物体将第三物体固定至第二物体的构造；
图12和图13：将第三物体、第二物体和第一物体彼此固定的另一构造；
图14-17：实施使第一物体的接触侧具备结构的原理的构造；
图18：具有砧座的构造；
图19a和图19b：分别在初始和最终阶段的具有砧座的另一构造；
图20a和20b：在切割穿孔(图20a)且弯曲切割片材部(图20b)之后的第二物体的另一示例性实施例；
图21：在切割穿孔之后的第二物体的又一示例性实施例。
具体实施方式
图1a-1d示出将第一物体1机械固定至第二物体2的方法的实施例。
图1a示出所提供的第一物体1、所提供的第二物体2以及能够产生转动运动且传递转动运动至第一和第二物体中的至少一个的工具5。
所示的第一物体1由热塑性材料构成。但这不是所要求保护的方法的必要条件。例如第一物体1可以包括紧固结构。用于将另一物体紧固至第一物体和/或第二物体。尤其是，这样的紧固结构可以包括或者由不同于热塑性材料的材料制成。
所示的第一物体1包括被布置成与工具5接合的耦合输入面7。在所示实施例中，耦合输入面7布置在第一物体1的近侧面15上。工具5包括对应的耦合输出面57，其布置成与耦合输入面7接合，使得第一物体1以允许将由工具5产生的转动运动传递至第一物体1的方式被耦接至工具5。
如图1a所示的第二物体2是金属片材，其包括穿孔20和沿穿孔20延伸的边沿21。在所示的第二物体2的实施例中，边沿21由远离片材平面23突出的突出部段22形成。在所示实施例中，突出部段22朝向第一物体1突出。但例如如图3a-3c所示，这不是通常的要求。
图1b示出在开始将第一物体1固定至第二物体2之时的情况，即在相对于第二物体2定位第一物体1而使得边沿21接触热塑性材料的步骤之后以及在使第一物体1接合工具5之后。
使第一物体1围绕转动轴线6转动(在图中由弯曲箭头表示)，而第二物体2固定使得其不转动。另外，第一物体1压靠在第二物体2上(在图中由笔直箭头表示)。
在边沿21和热塑性材料之间的接触点或接触区处产生摩擦热。摩擦热产生熔融区13，使得第一物体1能以平移运动方式移向第二物体2。该平移运动伴随着边沿21嵌入在热塑性材料中。这种情况在图1c中被示出。
图1d示出已经实施所述方法之后的情况，即，它示出被机械固定至第二物体2的第一物体1。嵌入的突出部段22、尤其是嵌入边沿21和热塑性材料在水平方向和竖直方向上都形成形状配合连接。
在所示实施例中，施加压力，直到第一物体1的进一步平移运动被第一物体1的平放在第二物体2的近侧面上的远侧面16的部分阻止。换言之：可实施施加机械压力的步骤，直到第一和第二物体的邻接的表面部分彼此贴靠。
图2a和2b示出该方法的一个实施例，其包括具有头部18和从第一物体的远侧面16向远侧突出的突起17的第一物体1和包括近侧面板25和远侧面板26的第二物体2。
于是，第二物体2可包括例如就像在汽车行业中所用的壳结构。尤其是，第二物体2可以包括金属片材壳结构，即，近侧面板和远侧面板是金属片材。
在包括砧座的实施例中，远侧面板26可以被砧座取代。这例如在图18、图19a和图19b中被示出。
在如图2a和2b所示的实施例中，第二物体2还包括芯体24。芯体24例如可以是蜂窝芯体。
图2a示出第一物体1相对于第二物体2的转动和平移运动步骤中的情况，即在将突起17推入穿孔20后的情况。在所示实施例中，穿孔20的尺寸使得突起17可以被完全推动穿过穿孔20，这意味着，第一物体的远侧面16即头部18接触该边沿21。因为穿孔20和突起17的这种构造，在头部18中产生熔融区13。
如图2a和2b所示的第一物体1包括膨胀件19的可选特征。在所示实施例中，膨胀件19形成突起17的远端。膨胀件19使得由于压缩突起17的力而造成突起关于第一物体轴线14径向膨胀的变形是有利的。
在所示实施例中，第一物体轴线14对应于转动轴线6和突起17沿此被推动穿过穿孔20的轴线。
在所示实施例中，膨胀件19具有两个锥形形状的突起。
与膨胀件19的具体形状无关地，膨胀件19可形成使得它沿一条线或一个接触区接触远侧面板26，该接触区小于突起17的径向延伸部分。在如图2a所示的实施例中，这意味着膨胀件19沿着法向于附图平面的轴线延伸。
沿着一条线或所述接触区的接触可能就作用于远侧面板26的局部载荷而言是有利的。
第一物体1的尺寸使得在第一物体1的进一步平移运动被平放在近侧面板25上的远侧面16阻止之前，膨胀件19接触到远侧面板26。
于是，第一物体1尤其是突起17在工具5和远侧面板26之间被压缩，导致膨胀件19在接触远侧面板26的地方因为所施加的压力而变形。
在所示实施例中，所述变形包括变形件19的至少一部分因为第一物体1相对于第二物体所产生的摩擦热和所施加的压力而变得可流动。在第二物体2包括芯体24的实施例中，可流动部分穿透入第二物体尤其是芯体24和/或远侧面板26的结构例如孔隙、空隙和开口中。
在第二物体2包括壳结构或者代替远侧面板26地使用砧座的实施例中，所述变形使得边沿21和边沿周围的片材部的远侧嵌入得以改善，尤其是通过在位于紧接边沿21远侧的区域中使突起17的径向延伸部分膨胀。这意味着建立一个与图4b所示的嵌入相似的嵌入。尤其是所述变形使得在使热塑性材料重新凝固的步骤之后，该边沿和边沿周围的片材部的远侧形成与热塑性材料的形状配合连接。
在位于紧接边沿21远侧的区域中的突起17的径向延伸部分的膨胀可以进一步改善所形成的结合的紧固性。
图2b示出被机械固定至第二物体2的第一物体1。除了由突出部段22尤其是嵌入在重新凝固的热塑性材料中的边沿21形成的形状配合连接外，还有通过变形的膨胀件19和芯体和视情况而定远侧面板26形成的第二形状配合连接。
图3a-3c示出该方法的一个实施例，其包括在第二物体2中产生预紧，预紧有助于边沿21(和有可能第二物体2的另一部分)随后嵌入在热塑性材料中。所述预紧通过提供包括远端的第一物体1来产生，该远端的沿着一个垂直于第一物体1沿此被推动穿过穿孔20的轴线的轴线的延伸部分大于穿孔20的直径。此外，提供第二物体2，其包括穿孔20周围区域，其配备成以直径d因作用于该区域的力而增大的方式弹性变形。
图3a示出开始位置，即第一物体1以第一物体1的远端接触穿孔20周围区域的方式相对于第二物体2定位。所述区域包括边沿21且能够因弹性变形而移位。但并不需要该区域本身是可弹性变形的。第二物体2可以包括将该区域例如连接至第二物体2的另一部分的可弹性变形区。
在所示实施例中，穿孔20周围区域对应于突出部段23，其中该突出部段23远离设有第一物体1的一侧突出。
但是，并不需要所述区域从片材平面23突出。也可以设想穿孔20周围区域平行于片材平面23、尤其在片材平面23内。
在第一步骤中，第一物体1的远端通过对第一物体施加压力(如图3a中的笔直箭头所示)被按压穿过穿孔20。
在第一步骤中，没有第一物体1相对于第二物体2的转动运动，或至少没有会造成熔融区生成的转动运动。
换言之，第一物体1相对于第二物体2的用于将第一物体1压入第二物体2中的转动运动、例如就像被施加至螺钉的转动运动可以被施加至第一物体1。但是，这不是本发明意义上的转动运动，此时转动运动产生摩擦热使得至少一部分热塑性材料变得可流动。
图3b示出在第一物体1的远端已经被推动穿过穿孔20之后和紧接在使第一物体1相对于第二物体2转动运动以致形成熔融区13的第二步骤之前的情况。于是，热塑性材料处于其固态，并且第一物体1的横向侧面防止穿孔周围区域返回至其初始状态。穿孔20周围区域被预紧并且在边沿21和热塑性材料之间产生压力(如图3b中的水平笔直箭头所示)。
图3c示出在使第一物体1相对于第二物体2转动运动之后的情况。
转动运动和由预紧区产生的压力组合地形成熔融区13，边沿21因所述所述压力被压入熔融区中。图3c示出在第一和第二物体之间所造成的形状配合连接。
图4a和图4b示出该方法的一个实施例，其中，提供包括反作用件50的工具5。反作用件50可以被拉向耦合输出面57(如向上箭头所示)。于是，工具5配备成产生作用于位于耦合输出面57和反作用件50之间的第一物体1的压缩力。
在所示实施例中，第一物体1又包括头部18和突起17。突起尺寸被设定成它能在固态下被推动穿过穿孔20而没有使穿孔20周围区域弹性变形。
在所示实施例中，第一物体1包括通孔51，反作用件50经此被连接至第一物体1的近侧，即使用者为了实施该方法执行所需要的动作的一侧。尤其是，该反作用件被连接至工具5。
图4a示出紧接在使第一物体1相对于第二物体转动运动并通过施加推力(由向下箭头所指)至第一物体1的耦合输入面7和施加拉力(由向上箭头所指)至反作用件来施加压缩力的步骤之前的情况。
转动运动与所施加的拉力组合地在头部18的远侧面处产生熔融区13。
第一物体1的压缩造成作用于在边沿21的远侧处的可流动热塑性材料的静压。静压造成关于第一物体轴线14径向朝外的可流动热塑性材料的流动。
在所示实施例中，第一物体轴线14与转动轴线6和突起17沿此被推动穿过穿孔20的轴线重合。
反作用件50可以执行与第一物体1相同的相对于第二物体2的转动运动。这意味着，反作用件50不执行相对于第一物体1的转动运动，并且在第一物体1和反作用件50之间的界面处不产生熔融区。
但是，也可以设想使第一物体1也相对于反作用件50转动。在此情况下，在第一物体1和反作用件50之间的界面处可以有附加熔融区14。附加熔融区14可以进一步改善边沿21嵌入在热塑性材料中。
包括反作用件50的方法的实施例实现了所述边沿更好地嵌入在热塑性材料中。尤其是，边沿21和边沿周围片材部的远侧嵌入得以改善(如以上关于壳结构/砧座所述的那样)。图4b示出通过包括反作用件50的方法被机械固定至第二物体2的第一物体1。
反作用件50可以被移开至远侧或近侧，或者它可以变为该组件的一部分并且作为例如用于另一物体的固定件。
为了将反作用件50移开至近侧，反作用件50必须具有如下的径向延伸部分，其小于穿孔20的对应径向延伸部分但大于通孔51的对应径向延伸部分，从而反作用件50可以被拉向近侧并由此被移开，其中该反作用件50朝向近侧的移动将液化的热塑性材料径向向外压。
尤其是，反作用件50可以具有径向延伸部分，其对应于穿孔20的对应径向延伸部分的60-80％。
如果反作用件50变为该组件的一部分，则它可以由第二物体的远侧面支撑，例如由远侧面板26支撑，或者它可以被连接至第一物体1，例如通过包括如孔隙、空隙和/或表面粗糙度的结构，其允许在将第一物体1固定至第二物体2的方法中被液化的热塑性材料的流入。
尤其是，该方法可以包括将反作用件50连接至第一物体1的另一步骤。该步骤可以包括如上所述的第一物体1相对于反作用件50的转动运动。
图5a和图5b以俯视图和横截面图示出作为第二物体的金属片材2的示例。金属片材包括例如由冲孔工具制成的穿孔20。例如穿孔20可以通过缓慢地将工具尖端压靠在金属片材上且同时将工具尖端安放在其在工具作用处带有开口的支撑件上直至工具尖端穿过来制成。穿孔20的形状将会是不规则的，具有多个舌片。或者，所述形状可以是有规则的，如果对应的几何形状已在之前被冲孔或切割(通过水射流或激光)或者已经在先前的板加工过程中成形。围绕穿孔20，金属片材形成边沿21。
边沿21在后续步骤中具有能量导向器功能。
图5b绘出了以下参数如高度h、穿孔的(平均)直径d、变形而突出远离金属片材平面的(且在某些情况下比穿孔直径d更好限定的)d部段的直径D、在此被限定为在变形部段与金属片平面的法线之间的角度的角度α。
包括舌片的突出部段22具有如下优点，可以实现与没有舌片和将舌片分离的间隙的突出部段相比更大的高度h、更小的角度α和/或更小的D/d比。另外，包括例如通过激光切割而形成的底切结构的片材部可以被用于参数范围的附加扩展，但没有不利地影响到抗拉出能力。
例如可以实现接近1的D/d比。
但是，使用包括转动运动和进而高效工作而不需要对突出部段22施加更高(例如相比于主要基于轴向运动如振荡轴向运动的方法)压力的方法容许小的角度α、大的D/d比和/或大的高度h。
换言之，相比于主要基于轴向运动如振荡轴向运动的方法，突出部段的尺寸可以在大范围内变化。
作为被不规则穿孔的替代方式，借助合适的冲孔装置并组合预切割(如通过激光)中心孔几何形状，也可以制造不规则的或规则的例如圆形的穿孔20，如图6a和6b所示的那样。
依据要在第一和第二物体和视情况而定第三物体之间形成的结合，围绕穿孔构成第二物体的金属片材可以突出朝向第一物体或远离第一物体1。
在如图5a、图5b、图6a和图6b所示的第二物体2的实施例中，穿孔/变形部段22的尺寸以及第一物体1的突出部的尺寸相互适配，从而在第一物体1的突出部被插入穿孔20中时存在相当大的阻力抵抗第一物体1相对于第二物体2的向前(远侧)运动。
图7和图8以俯视图示出第二物体2及其由非圆形边沿21形成的固定部位的另一实施例。这样的固定部位优选与第一和第二物体之间的包括绕转运动的相对转动运动组合使用。
如图7和图8所示的非圆形边沿21可能在与在第一和第二物体之间的其它相对运动(即不包含绕转运动的运动)如具有恒定转动方向的转动运动组合使用时造成问题，或者它能导致相对于第二物体2定位第一物体1的要求更严的步骤，例如因为在与不包含绕转运动的相对运动如振荡转动或平移运动组合使用时两个物体相对于彼此的所需具体取向。
在图7中，边沿21具有十二边形状。
在图8中，边沿21具有椭圆形状(卵形)。
图9示出连接器30的一个实施例。
该连接器包括附接部位31。附接部位31包括热塑性材料并且布置成在相对于第二物体2定位连接器30的步骤中接触到第二物体2的边沿21。
连接器31还包括紧固结构35。在所示实施例中，紧固结构35是包括螺纹的孔。
通常，连接器30对应于第一物体1并且能进一步单独包括或者与第一物体1的一个或几个其它特征组合地包括第一物体1的特征中的任一特征。
附接部位31是连接器30的就其材料成分而言不同于连接器主体或整个连接器30的位置并非是必要条件。
连接器主体例如可由头部18和突起17形成(如关于第一物体1所讨论的那样)。
图10示出连接器30的一个实施例，其中附接部位31是连接器的一体部件，其在材料成分方面没有不同于连接器。这意味着，附接部位31由在连接器30相对于第二物体2定位的步骤中和在使连接器30相对于第二物体2相对运动的步骤中接触到边沿21的区域所限定。
在如图10所示的实施例中，紧固结构35包括卡锁元件。
不同于所示实施例，紧固结构35可以是连接器30的一体部件。
尤其是，连接器30可以例如通过注塑成型来一件式制得，即没有将紧固结构35和/或附接部位31胶合或结合至连接器主体。
根据本发明的任一实施例的方法适于将第三物体60固定至第一和第二物体1、2或借助第一和第二物体中的另一个固定至第一和第二物体之一。
在一组实施例中，第一物体用作用于将第三物体固定至第二物体的连接器，尤其在第三物体像第二物体那样具有平坦部并且第二和第三物体的组件只能从一侧接近的情况下。例如第二和第三物体可以是金属物体或纤维复合物体，或者其中的一个可以是纤维复合物体，另一个是金属物体。尤其是第二和第三物体可以是具有显著不同的热膨胀系数α的不同材料。
根据现有技术，这样的连接主要通过盲铆钉或胶合来获得。盲铆钉技术上相当复杂。此外，盲铆钉和胶合连接以如下的显著缺点为特点，它们具有很有限的用于补偿剪切载荷的适应能力，该剪切载荷出现在连接物体因不同的热膨胀系数而对温度变换做出不同反应之时。例如铝的热膨胀系数为αA1＝2*10-5K，而典型的CFK(碳纤维增强复合)的热膨胀系数甚至可以具有相反的符号：αCFK＝-5*10-6K。例如，在工业制造过程中，在组装过程后的子组件通常经受阴极电沉积(或其它浸浴)工艺，其将发生在例如约180℃升高温度下。因此缘故，在工业制造中，彼此组装的物体经受电沉积过程，将除了借助粘合剂连接的结合外还通过(盲)铆钉被彼此固定。当例如在电沉积过程(如果可用)中或在应用在变化的环境条件下时经受温度变化时，这将导致铆钉周围的变形，因而导致永久内应力和/或支承应力，这取决于设计还有剥离等。
根据本发明的方法提供了针对此问题的解决方案。
图11a和图11b示出示例性构造，在此，第三物体60通过第一物体1被固定至第二物体2。图11a示出初始阶段而图11b示出最终阶段。
图11a中的第一物体1用作将第三物体60固定至第二物体2的连接器。第一物体1具有热塑性材料的部分75以及作为不可液化的芯体部的例如金属的增强部76。芯体部76形成第一物体1的头部18并且在杆部74内延伸。在所示构造中，芯体部76沿着整个杆被热塑性材料部分75涂覆，但将会可能的是仅作为部分涂层提供热塑性材料部分，例如留下芯体部76的远端没有任何涂层或者留下围绕外周的某些部段没有任何涂层。
第三物体60具有作为贯通开口的第三物体开口61。
围绕穿孔20构成第二物体2的金属片材具有远离第一物体1突出的部段。尤其是，第二物体2可以如图5a和5b所示地形成，但上下倒置，从而它具有多个舌片，热塑性材料可以在舌片之间流动。
穿孔20的直径(比照图5b)小于第三物体开口的直径。更特别地，杆部74的横截面使得它通过开口配合但不通过穿孔配合。
在第一物体1已经被插入通过开口之后，它通过工具5被压靠在远侧方向上、尤其压靠第二物体2，借助该工具，转动运动同时被耦合入第一物体1，使得热塑性材料变得可流动。此加工过程持续进行，直到头部18造成第一物体1的前进运动(向远侧方向的移动)停止。然后，造成转动运动的激励被停止且工具被移开。
图11b示出材料部分11流向第二物体2的远侧而形成盲铆钉状基部的结果。因此，在图11b的构造中，在加工过程之后，第一物体形成铆钉，此时第二和第三物体被夹紧在该基部和头部18之间。
所用热塑性材料可具有在室温和约160℃之间某处的玻璃化转变温度，使得铆接具有就在电沉积过程中的例如颜料/油漆的不同的热膨胀系数的补偿而言的前述优点。例如，丙烯腈具有约130℃-140℃的玻璃化转变温度。
图12和图13示出用于将第三物体60、第二物体2和第一物体1彼此固定的示例性构造。
图12示出要被固定至第一和第二物体1、2(或要借助于第一和第二物体中的另一个被固定至第一和第二物体之一)的第三物体60可以通过在第一和第三物体之间的附加形状配合连接被连接至第一物体1的原理。
为此，第三物体60包括下述结构，该结构关于至少一个方向(图12中的轴向方向)包括底切，第一物体1的热塑性材料可以流入该底切中。在图12的实施例中，在第三物体60的突起62上提供所述结构，其在加工过程中被压入第一物体1的材料中，此时第一物体1被置于包括相对于第二和第三物体转动运动的相对运动中。这些物体彼此相对安放，从而围绕穿孔20的第二物体部分在第一和第三物体之间，并且突起62在加工过程中穿过第二物体2的穿孔20并由此接触到第一物体1。
图12的与包括带有形状配合结构的突起的第三物体60形状的无关的实施例的另一特征是第三物体60被安放在第一物体1的与第二物体2相同的一侧。使第一物体1处于转动运动且通过施加机械压力压缩包括第一、第二和第三物体的组件的且造成第二物体2的边沿和第三物体60的部分(在此是突起)的嵌入的步骤造成热塑性材料回流向第二和第三物体侧，由此，在突起62和片材部之间的空间将被至少部分填充。
在与图12中的构造相同的构造中，该加工过程将会导致第二物体2被夹紧在第一和第三物体之间。
图13描绘出图12的实施例的变型，在此，在第一和第三物体之间的形状配合连接包括使第三物体60的材料穿透入第一物体1的底切结构73中。为此，第三物体60可以至少在突起62区域内包括因转动运动和压力的作用而变得可流动的热塑性材料。在这样的实施例中，第三物体60的热塑性材料可以具有与第一物体1一样的成分，或者它可以是不同的。
底切结构73的和突起62的尺寸可以使得待彼此固定的物体的公差可例如通过容许所述物体在给定范围内能相对于彼此定位被补偿。
与第一、第二和视情况而定地第三物体的方法或设计的实施方式无关地，可以设想以如下方式设计待固定的物体，即所述物体容许在足以补偿公差的范围内相对定位。
依据第一和第三物体的热塑性材料的材料配对，在这样的实施例中，在这些物体之间也可能出现焊接，在其中一个物体中有或没有底切结构。
在多个实施例中，该方法包括提供具有多个均包括片材部的边沿的附接部位的第二物体2、针对每个附接部位将造成该组件的至少一个物体的相对转动运动的激励耦合至组件中直至热塑性材料的流动部因在所述边沿和热塑性材料之间产生的摩擦热而变得可流动并围绕该边沿流动以至少部分将该边沿嵌入在热塑性材料中。这可以针对所有附接部位或子组附接部位同时进行，或者可以针对这些附接部位依序进行。每个附接部位可以是所示的任何实施例，尤其是如图1-8和图11-19所示的任何实施例。每个附接部位例如可以包括如前所述类型的、带有沿穿孔延伸的边沿的穿孔20。在这样的实施例中，该组件包括第一和第二物体并且视情况而定地还有其它物体、尤其是第三物体。
图14示出第一物体1、第二物体2和位于第一物体1近侧的工具5的布置。第一物体1在接触侧12(在所示布置中的远侧/远侧面)具有突起77和在突起之间的凹口78的图案。由此，该热塑性材料的在加工过程中相对于第二物体2流动的流动部分具有流动空间。这不同于在接触侧12不具有结构的实施例，在这里，通过第二物体2而移位的多余材料必须通过穿孔20被挤出或被侧向挤出或者必然与按压方向相反地回流向第一物体1，在此情况下要施加的所述力和激励需要更高。
如图15更详细示出地，以下可能的设计标准可能适用：
-突起77的总体积V1可以大致等于凹口78的总体积V2，即接触侧面的中央平面80可以分别处于大致距突起和凹口的峰谷相等距离处。
-凹口78的深度h1可以小于突出部段的高度h2。该设计标准尤其适用于第一和第二物体之间的连接必须被密封。
这些标准彼此无关。
从接触侧12示意性示出第一物体视图的图16和图17示出了可能有的凹口/突起图案。图16的径向图案包括多个凹口78和自中心部79径向延伸的突起77，该中心部在加工过程中对准第二物体2的穿孔20并且具有比后者更小的直径。
图17示出棋盘状图案。
在一个实施例中，该方法包括提供砧座600的步骤，在使第一物体1和第二物体2彼此相对转动运动的步骤中，第一物体1的被推动穿过穿孔20的突起被压靠在砧座上。
尤其使第一物体1关于砧座600转动运动，使得所述突起的热塑性材料变得在接触砧座600处也可流动。
图18、图19a和图19b示出具有砧座600的两种构造。
在所示的构造中，第一物体1包括开口611，可以例如在将第一物体1固定至第二物体2之后的步骤中使连接器件前进入该开口中。开口611可以是贯通开口或者它能以底部612、尤其是由底部612终止，从而第一物体1(如前所述)可以提供密封，其将第二物体2的近侧与其远侧密封隔开。
或者，在包括提供连接器件的步骤和使其前进进入第一物体1的开口611中的步骤的实施例中，连接器件本身可以使得开口611不是贯通开口，而是在使连接器部件前进入开口之后是盲开口。
在所示实施例中，开口611部分在第一物体1的远侧延伸部610中延伸。
在图18所示的实施例中，砧座600在边沿21的径向内侧(参见穿孔20的中心)包括定向突起601，它将在第二物体边沿远侧的材料流径向向外地引导入环形容纳凹陷602。砧座600包括用于容纳延伸入穿孔20且包括开口611的延伸部610的凹部。
如图18所示的工具5包括与开口611配合以引导工具的导向突起56。
图19a和19b示出包括砧座600的另一实施例(图19a和19b未示出工具5)。图19a示出初始阶段，而图19b示出最终阶段。
与图18的实施例相似地，砧座600被用来引导材料流，并且砧座600具有用于容纳延伸部610的凹部(其代替所示实施例地可以是贯通开口)。
图19a和19b也示出包括砧座600的任一实施例的可能原理。容纳凹口602的体积(在图19a中的虚线下方)可以被选择为略小于可供用于流动的热塑性材料部分的体积。在图19a中，这种可用的材料部分对应于第一物体1的环形突起605的体积。如果砧座600的容纳结构的体积小于热塑性材料的可用体积，则可以通过在一方面是第一物体1和另一方面是第二物体2与砧座600之间施加压力而实现有利的成形压力。
图20a示出包括穿孔20的第二物体2的另一实施例，穿孔20已经被切入片材部中。图20a所示类型的穿孔20可以例如通过激光切割来实现。
切割结构使得它能被变形到突出部段22中并且它在形成突出部段22之后关于片材平面23的法线形成底切29。
切割结构包括通过间隙28被彼此分离的多个部段(在所示实施例中是四个部段)。这容许每个部段独立变形，导致了上述的舌片。此外，它原则上将可能角度范围增大至0-180度、尤其是0-90度。
图20b示出在切割结构弯曲之后的根据图20a的第二物体2，这意味着在形成突出部段22之后。
现在，切割结构形成关于下述轴线的底切29，该切割结构沿着该轴线已被弯曲。此外，被切入第二物体2中的每个部段形成舌片。
在所示实施例中，每个舌片形成底切29，底切依据与距片材平面23的距离而变化的横向延伸部分来给定。不需要每个舌片包括底切29或者(多个)舌片仅形成一个底切。相反，包括底切29的舌片的数量和每个舌片的底切29的数量和总数可以视情况而定地来设计。
间隙28已经扩宽。如果振荡转动运动被应用在所述方法中，小于扩宽间隙的振荡转动振幅可能是有利的。
在如图20a和图20b所示的实施例中，在舌片底部形成底切，这意味着是在所述部段弯曲的区域中(由虚线表示)。但可以设想底切29的其它位置。
图21示出第二物体2的实施例，其包括切割穿孔20，它将在形成突出部段22之后导致底切29，所述底切29相比于如图20b所示的底切更靠近舌片的顶部。
根据图21的第二物体2还示出了能量导向器4的可选特征。能量导向器4的使用不局限于如图21所示的第二物体。相反，它可以是所公开的第一、第二和第三物体的任一实施例的一部分。

Claims (15)

1.一种将第一物体(1)机械固定至第二物体(2)的方法，该方法包括以下步骤：
·提供第一物体(1)，其中所述第一物体(1)包括固态的热塑性材料，
·提供第二物体(2)，其具有带有边沿(21)的大体平坦的片材部分，
·相对于所述第二物体(2)定位所述第一物体(1)以提供一种包括所述第一物体和第二物体的组件，在所述组件中所述边沿(21)接触该热塑性材料，
·在所述边沿(21)接触热塑性材料时，使所述第一物体(1)和所述第二物体(2)彼此相对运动，从而因由在所述边沿(21)和热塑性材料之间产生的摩擦热而形成包括可流动的热塑性材料的熔融区(13)，从而所述熔融区(13)的热塑性材料围绕所述边沿(21)流动以使所述边沿(21)至少部分嵌入在热塑性材料中，
·停止该相对运动并使该热塑性材料重新凝固而在第一物体和第二物体之间产生形状配合连接，
其中该相对运动包括转动运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该转动运动包括围绕转动轴线(6)的转动运动，其中该转动运动具有恒定的转动方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该转动运动包括围绕转动轴线(6)的转动运动，其中该转动运动是围绕所述转动轴线(6)的往复振荡转动。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中该转动运动包括绕转运动。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二物体(2)包括穿孔(20)，并且所述穿孔(20)的法向于所述第一物体或第二物体的转动轴线(6)的或法向于所述穿孔(20)的纵轴线的横截面具有非圆形形状。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所提供的所述第一物体(1)和所提供的所述第二物体(2)中的至少一个包括耦合输入面(7)，其中该方法包括提供包括耦合输出面(57)的工具(5)的步骤，其中所述耦合输出面(57)布置成接合所述耦合输入面(7)，并且所述工具(5)配备成产生能够使通过所述耦合输出面(57)接合至该工具的物体处于转动运动的激励。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在提供所述第二物体(2)的步骤中，所述第二物体(2)包括穿孔(20)，该穿孔具有沿所述穿孔(20)延伸的所述边沿(21)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在提供所述第一物体(1)的步骤中，所述第一物体(1)沿着第一物体轴线(14)在近侧面(15)与远侧面(16)之间延伸并包括从所述远侧面(16)向远侧突出的突起(17)，其中该方法包括至少将所述突起(17)的一部分推入所述穿孔(20)中而使得所述边沿(21)接触平行于所述第一物体轴线(14)布置的突起(17)的表面的一部分与所述第一物体(1)的远侧面(16)的一部分中的至少一个的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在将所述突起(17)推入所述穿孔(20)的步骤中使被推入或已被推入所述穿孔(20)中的突起(17)部分径向膨胀而使得径向膨胀的该突起膨胀超出所述穿孔(20)的所述边沿(21)的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，包括以下当中的至少一个：
·使第一物体(1)自旋以致可流动的热塑性材料因离心力而径向膨胀的步骤；
·在提供所述第二物体(2)的步骤中，所述第二物体包括远侧面(26)，其中该方法包括使所述第一物体(1)的远侧部接触所述远侧面(26)的后侧(27)的步骤和使所述第一物体(1)的所述远侧部变形的步骤；
·提供工具(5)的步骤，包括
-布置或能布置在所述第一物体(1)的远侧的反作用件(50)，其中通过施加推力至所述反作用件能使所述反作用件(50)沿所述第一物体轴线(14)朝向近侧移动，并包括
-耦合输出面(57)，其布置或能布置在所述第一物体(1)的近侧面(15)处，其中能通过所述耦合输出面(57)对所述第一物体(1)施加压力，
其中所述反作用件(50)和所述耦合输出面(57)布置成能对所述第一物体(1)施加压缩力，并且其中所述第一物体(1)在使所述第一物体(1)和所述第二物体(2)彼此相对运动的步骤中被压缩。
11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其中，所述边沿(21)的周围区域被预紧，使得所述边沿(21)穿透入在使所述第一物体(1)相对于所述第二物体(2)相对运动的步骤中形成的可流动的热塑性材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，
·所述突起(17)的直径大于所述穿孔(20)的直径，并且
·其中将所述突起(17)推入所述穿孔(20)的步骤在使所述第一物体(1)和所述第二物体(2)彼此相对运动的步骤之前进行，
从而在推入步骤中在所述边沿(21)的周围区域中产生预紧。
13.一种连接器(30)，其适用于根据前述权利要求之一的方法中，所述连接器(30)包括：
·至少在附接部位(31)处的固态的热塑性材料；
·其中所述连接器(30)能通过如下方法被固定至具有带有边沿(21)的大体平坦的片材部的第二物体(2)，该方法包括在所述附接部位(31)和所述第二物体(2)被彼此压靠的情况下使所述连接器(30)相对于所述第二物体(2)相对运动，直到该热塑性材料的流动部分因在所述边沿(21)和热塑性材料之间产生的摩擦热变得可流动并围绕所述边沿(21)流动以至少部分将所述边沿(21)嵌入在热塑性材料中，其中该相对运动包括转动运动；
·所述连接器(30)还包括紧固结构(35)，该紧固结构配备用于与另一物体的紧固结构配合以将所述另一物体固定至所述连接器(30)并由此将所述另一物体连接(30)至所述第二物体。
14.根据权利要求13所述的连接器(30)，其中所述连接器(30)的不同于所述附接部位(31)的部分被配备成关于连接器轴线(14)径向膨胀。
15.根据权利要求14所述的连接器(30)，包括膨胀件(19)。
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