CN117922023A - 在轻型结构元件内锚固 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个方面，提供一种在第一物体内锚固连接器的方法，该连接器包括固态的热塑性材料，该方法包括：提供第一物体和连接器；将连接器从第一物体的远侧与第一物体接触；将机械振动能从第一物体的近端面施加到第一物体，该近端面与远侧相对，同时物体和连接器被彼此压靠，直到连接器的面向近侧的部分能够至少部分流动以形成热塑性材料的流动部，且使流动部流入第一物体的结构内；使流动部重新固化以在第一物体和连接器之间形成形状配合连接。

Description

在轻型结构元件内锚固

本申请是申请号为201680031901.4、申请日为2016年06月09日、发明名称为“在轻型结构元件内锚固”、优先权日为2015年06月11日的PCT申请PCT/EP2016/063209进入中国国家阶段申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及机械工程和机械制造领域，尤其是机械制造，例如汽车工程、飞行器制造、造船、机械制造、玩具制造等。本发明尤其涉及将连接器锚固入第一物体内的方法以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、航空、家具和其它工业中已倾向于弃用钢结构而采用轻质结构部件。这些部件的一个例子是包括两个相当薄的外结构层以及布置在结构层之间的中间层(内衬层)的轻型结构件，该结构层例如由纤维复合材料(比如玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料)、钣金或者根据行业由纤维板制成，该中间层(内衬层)例如是硬纸板蜂窝状结构或轻型金属泡沫。这种轻质结构件可被称为“夹层板”，有时被称作“空心芯板(HCB)”。它们机械稳定、外表美观并且具有相对轻的重量。

但是，因为结构层薄并且内衬不适于使连接器例如暗榫锚固其内，所以除了通过胶粘接合到表面外很难将物体附接至轻型结构元件。

为了应对这些挑战，汽车、航空及其它工业已经开始大量使用胶粘接合。胶粘接合轻且强，但其缺点在于不可能长期控制可靠性，因为几乎不可能在没有完全破坏接合情况下检测到例如由于脆化的粘接剂而导致的弱化的粘接接合。同样，胶粘接合可导致加工成本的提高，这是由于材料成本以及由于缓慢硬化过程而导致的制造过程的拖延，尤其是如果彼此待连接的表面具有一定粗糙度，并且由此导致不能使用快速硬化的薄层粘合剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将连接器锚固在第一物体内的方法，尤其是锚固入夹层板内。本发明的另一个目的在于提供一种将第二物体固定至第一物体的方法。该方法应克服现有技术方法的缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种将连接器锚固在第一物体内的方法，该连接器包括固态的热塑性材料，该方法包括：

-提供第一物体和连接器；

-使连接器从第一物体的远侧与第一物体接触；

-将机械振动能从第一物体的近端面施加到所述第一物体，该近端面与远侧相对，同时物体和连接器彼此压靠，直到连接器的面向近侧端部至少部分可流动以形成热塑性材料的流动部，并且引起流动部流入第一物体的结构；和

-使流动部重新固化以在第一物体和连接器之间形成形状配合连接。

在此，第一物体的近端面可保持完整，即连接器不是必须到达第一物体的近端面。

替代地，该近端面可设有位于近端面内的开口，该开口在加工过程中制备或可预先制备，且可使部分流动部流经该开口。可选地，接下来超声焊头可包括用于从这些已经流经该开口的热塑性材料部分成形头部的成形特征。

补充地或替代地，该方法可包括对连接器被锚固在远侧的位置(横向(x-y-)位置)进行标记。此标记可为颜色标记或结构标记例如胀形。该标记可例如由加工本身，例如通过使近侧面轻微变形(例如胀形)来实现，该轻微变形由适当成形的超声焊头引起。

该第一物体的结构可为可穿透材料的结构，尤其是孔。

适用于此的可穿透材料至少在根据本发明的方法的条件下为固态。它进一步包括(实际的或潜在的)液化材料可流入或被压入其中以进行锚固的空间。它例如可以为纤维的或多孔的或包括例如由合适的机加工或涂覆加工而成的可穿透表面结构(实际用于穿透的空间)。替代地，该可穿透材料能够在液化的热塑性材料的静水压力下形成此空间，这就意味着当处于环境条件下它可能不可穿透或只能非常小程度的穿透。这个特性(具有用于穿透的潜在空间)意味着例如在机械阻力方面不均匀。具有这个特性的材料的例子为多孔材料，其孔可由被挤出该孔的材料、软材料和硬材料的复合材料或异质材料所填充，异质材料中组分之间的界面粘合力小于由穿透的液化后的材料所施加的力。因此，通常，该可穿透材料包括结构的不均匀性(“空的”空间例如孔、空腔等)或材料成分的不均匀性(可移位的材料或可分离的材料)。

在带有玻璃纤维复合结构层和位于它们之间的内衬层的夹层板的例子中，可穿透材料可例如由在结构层和内衬之间的泡沫粘接剂例如PU粘接剂所构造和/或由本身可包括空间/孔的内衬所构造。

在实施例中，该方法包括使第一物体的材料变形和/或移位的步骤。

-尤其可在连接器的一部分可流动之前使第一物体材料变形和/或移位。

-尤其是连接器可直接使材料变形和/或移位，即例如当将连接器压入第一物体时使第一物体的材料变形和/或移位。

-尤其是在引起机械振动作用直到一部分连接器至少部分可流动的步骤中，流动部流入的结构可包括第一物体的变形和/或移位的部分的结构。例如，与变形和/或移位前的状态相比，该变形和/或移位的部分可构造成密度增大的区域，其中流动部流入这个密度增大的区域的结构内。

-因此，变形和/或移位的步骤可包括压缩第一物体的材料并且将连接器锚固在压缩材料内和/或其附近，例如其近侧和/或其横向。

这些可选特征可独立地实现或彼此组合地实现或以子组合的方式实现。

在实施例中，如果第一物体是上文描述类型的夹层板，那么该变形和/或移位的部分包括内衬的材料。替代地，该变形和/或移位的部分可包括压缩泡沫(同样如果此泡沫构成了夹层板的内衬。)

在许多实施例中，在加工过程中以及也可能在之后仍然能从远侧接近连接器。尤其地，在实施例中它可被工具压向近侧(振动从此处作用)，该工具与连接器物理接触并在加工后被移走。

附加地或替代地，例如与涉及隐藏钉的EP1614525的内容相比，该方法可包括保持连接器的远侧部完整，即在远侧端没有引起材料的液化(该远侧端可通过适当的施压工具被压入第一物体)。

在本文中，术语“连接器”通常是指广义上的连接器，包括用于机械地连接另一个物体或连接部分的机械连接器，即该连接器可与待连接的物体成一体或构成待连接的物体。此外，该连接器可直接带有或已经集成有这样的第二物体(例如如果第二物体小于连接器本身，例如如果第二物体是一个传感器、电缆等)。

在一组实施例中，该方法包括通过连接器将第二物体固定至第一物体的进一步的步骤。例如：

-该连接器可包括足部，第二物体被夹持在第一物体的面向远侧的表面部和足部之间。

-该连接器可包括附接结构，例如螺纹、卡扣连接结构、夹结构、将第二物体胶粘其上的附接表面等。

-在从近侧锚固连接器后第二物体可被组装至第一物体，例如通过基本完整的面向近侧的表面，如将下文中更加详细的解释的那样。

-附加地或替代地，该连接器可具有与铆钉相似的功能，由于其在第一物体的近端面的近侧变形。尤其地，在此第二物体可被放置于第一物体的近侧以通过连接器被固定至第一物体。在这组实施例的子组中，该连接器可作为一种冲压铆钉，因为其冲压掉了一部分第一物体。附加地或替代地，该连接器通过被嵌入第二物体的材料内可被驱动入将由其固定的第二物体的材料中。

第一物体可具有大致平坦的部段(可例如通常是平坦的或板形的)，其带有两个相对的宽表面和窄侧面，远侧和近侧对应于宽表面。

第一物体可为夹层板，即包括两个相对薄的外结构层和置于两个结构层之间的内衬，结构层例如为纤维复合材料，如玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料、如为金属板材或例如为纤维板，内衬层例如为硬纸板蜂窝状结构或轻质金属泡沫或聚合物泡沫或陶瓷泡沫等、或分立的间隔保持器结构。

在此，在从第一物体近端面将机械振动能施加到第一物体同时使物体与连接器彼此压靠的步骤期间，连接器例如穿过第二远侧结构层和内衬并且抵靠第一近侧结构层的内表面，经受机械振动的工具被压向第一近侧结构层。

更通常的是，第一物体可包括从远侧可接近的开口，其中使第一和第二物体互相接触的步骤包括将第二物体的面向近侧的部分导入开口。如果第一物体是夹层板，那么该开口至少穿过远侧结构层。

作为包括从远侧可接近的开口的第一物体的替代方案，可以通过将连接器按压到第一物体的面向远侧的表面中来形成这样的开口。为此，该连接器可包括适当的穿刺或切割外形，例如尖端或刃。

如上文所述，在一组实施例中，该方法可包括通过连接器将第二物体固定至第一物体。

在此，在将机械振动能施加到第一物体上之前，在此步骤过程中/通过该步骤和/或在该步骤之后，连接器可被附接于第二物体。在实施例中，为此该连接器包括以形状配合的方式被连接至或可连接至第二物体的远侧足部。

尤其地，在实施例中将第二物体固定至第一物体的方法可包括采用带有足部尤其是预先形成的足部的连接器以及通过锚固过程将第二物体的片材部夹持在足部的面向近侧的邻接面和第一物体的面向远侧端面之间以将第二物体固定至第一物体。

因此，第二物体(如果存在)可包括在锚固后紧靠第一物体的远侧附接面的片材部。更具体地，在锚固后此片材部可在第一物体的远侧的供连接器突入的内开口附近的区域内被夹持在附接面和连接器的足部的面向近侧的邻接面之间。

在实施例中，第二物体包括型材，例如金属型材。如果适用，该金属型材可保持该足。

尤其地，第二物体可包括位于连接器的远侧(如果适用，其足部)或连接器的特征的远侧的支撑部，从而将与将物体压靠连接器的力相反的力施加在第二物体上。

在包括在将机械振动能施加到第一物体的步骤之后通过将此第二物体附接至连接器将第二物体固定至第一物体的实施例中，可从近侧固定第二物体，第一物体的面向近侧的表面部选择性地保持完整(即不被连接器破坏)。在这些实施例中，连接器用作一种第一物体的增强件，其中第二物体(例如紧固件，诸如螺钉、钉、销等)被锚固在连接器的材料内，其中没有连接器增强的第一物体的材料没有足够的强度，例如否则第一物体的材料将太脆和/或密度不足从而第二物体无法以足够的锚固强度被锚固其中。

如上所述，该方法可选择性地包括在近端面的连接器被锚固的位置增加标记。此标记可被用于这些实施例以还在下面的步骤中锚固第二物体。

这些实施例中包括通常以任意描述的结构从近侧锚固第二物体，该方法可包括以规则的或不规则的限定结构锚固多个连接器。

该方法可例如利用单个超声焊头对于被锚固在同一第一物体中的多个连接器同时地实施使连接器与第一物体接触且在物体与连接器彼此压靠时向第一物体施加机械振动能的步骤。在此，当物体和连接器彼此压靠时，至少在向第一物体施加机械振动能的步骤期间使多个连接器可被同一第二物体保持。

根据本发明的第二方面，提供了一种在第一物体内锚固连接器的方法，第一物体包括固态的热塑性材料，该方法包括：

-提供第一物体和连接器；

-使连接器从第一物体的远侧与第一物体接触；

-将机械振动能从第一物体的近端面施加到第一物体，该近端面与远侧相对，同时所述物体和所述连接器彼此压靠，直到第一物体的与连接器的面向近侧的端部接触的部分能够至少部分流动，形成热塑性材料的流动部，并且引起流动部流入所述连接器的结构内；和

-使流动部重新固化以在第一物体和连接器之间形成形状配合连接。

换句话说，本发明的第二个方面包括相反的过程，因为液化的热塑性材料属于第一物体，供流动部渗入以在重新固化后形成形状配合连接的结构属于连接器。其余之处，同样的可选特征与上文描述的第一方面的可选特征一样可适用，例如在第一物体包括夹层板的情况下穿刺第二结构层的穿刺步骤，通过上文描述的任意一种方式固定第二物体，在锚固前使第一物体的材料变形和/或移位，使连接器保持可接近等等。

下文可属于本发明的任一方面：

与现有技术超声波焊接或木材焊接(Woodwelding)加工相反，在加工过程中超声焊头必须不能相对于第一物体移动。而是通过作用于连接器上的施压工具驱动连接器相对于第一物体前移，然而超声焊头大体保持固定。本发明也涉及装置，尤其用于实施本文描述的以及权利要求的方法。更特别的是，此装置可包括：

-接合至超声焊头以产生机械振动的振动发生装置；

-接合至工具以相对于超声焊头移动连接器的驱动机构；和

-接合至振动发生装置和驱动机构并且配置为控制驱动机构的移动以及振动发生装置的振动发生的控制单元。

该控制单元为功能意义上的单元，而不是必须为物理意义上的单元，即构成控制单元的不同元件可被互相物理分离并且例如属于不同的部件/不同的实体，不同的实体可选择地包括另外的元件并提供另外的功能。

该装置可还包括用于直接地或间接地感测工具和/或连接器的位置的第一感测机构和/或用于直接地或间接地感测由工具施加在连接器上的力的第二感测机构。

与现有技术中的装置相比，此处例如用于超声波焊接振动发生装置可选择性地固定，例如相对于在加工过程中限定第一物体的位置的工作框架(例如工作台)固定不动地安装。

如果该装置包括第一感测机构，则这个第一感测机构可例如以光学或电容等方式直接测量位置，或通过测量工具的移动间接测量位置。在后面的例子中，该移动的测量可选择性地基于驱动机构的反馈和/或控制信号。

如果该装置包括第二感测机构，那么这个第二感测机构可测量施加在工具上或由工具施加的力和/或压力。该第二感测机构可包括专用的感测探头，例如与工具和驱动机构串联的压电换能器，或可包括使用驱动机构的反馈和/或控制信号。

在这些和其它的情况中，第一感测机构和/或第二感测机构可选择性地被整合入控制单元，即该感测机构可为术语功能意义的感测机构，因此它们没有必要为物理上分离的实体。

任一情况下，该感测机构感测与振动发生装置分离的在加工过程中朝向超声焊头(朝向近侧方向)移动的工具上的位置和/或力。因此，与现有技术的方式相比，不是超声焊头的力和/或位置而是工具即反向件的力和/或位置可被用作控制超声焊头的振动的参数。现有技术振动发生设备依赖于振动发生设备的反馈信号以控制振动。根据本发明的实施例，此反馈信号也可被用作第二控制参数(例如用于控制振动频率)但是尤其依赖于工具的已命名参数，例如以决定振动发生的打开/关闭状态并且也可能决定振动功率和/或振幅。

使用工具的一个参数/多个参数以及不是主要将超声焊头的参数作为控制参数的方法允许在加工过程中不仅由超声焊头而且由分离支撑来支撑第一物体。不需知道由超声焊头吸收的力与分离的支撑件吸收的力之间的力的分配。

该设备可例如被配置和被编程以根据以下标准之一控制振动发生：

-限定触发力(工具上)。一旦力超过触发值就开始振动。这个第一选项例如适用于如果在加工过程中该连接器必须刺穿第一物体的区域(例如内衬，如果该第一物体是夹层板可能为第二结构层)，在穿刺过程中该连接器需要保持固态。一旦连接器与直接由超声焊头支撑的第一物体的部分(例如第一结构层)足够近那么就达到了触发力。

-按照上文选项，限定了触发力。但开始振动的条件为达到触发力且连接器位置在某个窗口内。这个第二选项适用于夹层板第一物体的设置，其中连接器首先必须机械穿透第二结构层并且在这个穿透过程中施加在连接器上的力通常大于触发力-如果在穿透过程中不期望机械振动能被系统所吸收(例如因为它将导致由连接器和/或第一层的部分产生的不期望的热发生)。

-根据第三选项，开始振动的条件为工具/连接器的位置位于限定窗口内。

-也可能为其它的选项或组合(例如如果该装置被编程以为不同种类的连接器或基于由使用者选择的设置应用不同的选项)。

任一情况下，可将该装置控制成在振动作用时使振动功率保持恒定或使振动功率遵循一定的分布。力-时间变化和振动功率-时间变化将通常被同步。

在任一情况下，该装置可被控制成在关闭振动后在工具/连接器上将一定压力维持一段时间(保持阶段)，即直至热塑性材料已经充分重新固化。在一些实施例中，该维持的按压力(保持力)甚至在关闭机械振动之后被增大以进一步使热塑性材料的已液化的/已软化的近侧端部(例如形成头部)变形而无需附加地向材料加载机械振动能。由此，“接触面积”可以被附加地制造得更高，即，再固化之后的流动部的横向延伸度可以被增大。

在一组实施例中，该设备使得工具所施加的力是向下的指示力，从而在锚固期间供第一物体的近侧面搁置的耦合输出面面向上方(相对于重力方向)，即超声焊头向上作用。

在一组实施例中，该设备包括将抵靠第一物体以实施该加工的邻接表面，至少一个超声焊头集成入该邻接表面，即该超声焊头的耦合输出面几乎与邻接表面平齐(在此，当然，在该工艺过程中，该超声焊头将振动并且将周期性地从表面突出至少约一个振幅从而将振动耦合输入第一物体)。

在这个例子中，该邻接表面形成了第一物品可被放置其上的工作台(工作平台/工作台面)，至少一个超声焊头被集成入工作台。

在这组实施例中，除了邻接表面为工作台(从而重力引起第一物体被压靠邻接表面)之外或者作为替代，该设备包括其它将第一物体压靠邻接表面的工具，例如夹具、位于邻接表面内的抽吸通道、气动按压机构和/或任何其它适用的机构。

在实施例中，该设备可包括例如如果可行，相对于邻接表面被放置在限定位置的多个超声焊头。

以下可应用：

该连接器包括热塑性材料。在实施例中，该连接器由热塑性材料构成。

在其它实施例中，连接器除包括热塑性材料外还包括不可液化材料体。

通常，该连接器可以基本上是销形或螺栓形(即具有轴杆部)，具有已提到的可选的头部或足部和/或可能附加的阶梯或锥部。然后，使连接器的轴线几乎垂直于片材部和附接面延伸。但是，连接器不是必须具有圆形的横截面。而是，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。

施加的能量为机械振动能。在此，流动部的液化主要由振动的第二物体和第一物体的表面之间的摩擦引起，该摩擦表面地加热第一物体。

在一组实施例中，连接器和/或连接器压靠的部分第二物体和/或部分第一物体在按压和振动期间与第一物体直接接触的表面上包括用作为能量导向器的结构，例如刃或尖端，例如从超声波焊接或用于按照例如在WO98/42988或WO00/79137或WO2008/080238中描述的“木材焊接”工艺中已知的能量导向器。

该第一物体和(如果适用的话)第二物体是广义意义上的结构部件(结构元件)，即在机械工程和机械制造的任一领域例如汽车工程、飞行器制造、造船、建筑施工、机械制造、玩具制造等中使用的元件。通常地，第一物体和连接器以及(如果适用的话)第二物体都将为人造的人工物体。因此，不排除在第一和/或第二物体使用天然材料例如木质材料。尤其地，该第二物体可以为‘纵梁’或其它机械地加强第一物体的加强件(或反之亦然)。

热塑性材料的流动部是热塑性材料的部分，该部分在该加工过程中并且由于机械振动的影响而被液化并流动。该流动部不必是一件式的，而是可以包括例如在连接器的近端处以及更远侧位置处的彼此分离的部分。

在本文中，表述“能够例如通过机械振动使其流动的热塑性材料”或缩写“可液化的热塑性材料”或“可液化的材料”或“热塑性材料”用于描述包括至少一个热塑性组分的材料，当加热时，特别是当通过摩擦加热时，即当布置在彼此接触并且相对于彼此振动地运动的一对表面(接触面)中的一个表面上时，该热塑性部分的材料变为液体(可流动的)，其中振动频率具有如上文所讨论的特性。在某些情况下，例如如果第一物体本身必须承载大量的负载，那么如果该材料的弹性系数大于0.5GPa可为有利的。在其它的实施例中，由于连接器热塑性材料的振动传导特性在该加工的一些实施例中不起作用，所以弹性系数可低于这个数值。

事实为振动耦合输入第一物体但并不直接耦合输入连接器的(热塑性)材料内，因此热塑性材料不起作用可甚至构成了本发明的实施例的特殊优势。特别是，该方法使采用具有非常低的弹性模量(弹性系数)的材料成为可能。因此根据本发明的方法使将如此低模量的材料与第一物体连接(例如夹层板)成为可能，例如弹性热塑性材料。

热塑性材料在汽车工业和航空工业是众所周知的。为了根据本发明的方法的目的，可以使用特别适用于这些工业中的已知的热塑性材料。

适用于本发明方法的热塑性材料在室温下(或在实施该方法的温度下)为固态。其优选包括聚合物相(尤其基于C、P、S或Si链)，其例如通过在临界温度范围之上熔融从固态转变为液态或变得可流动，且当再次冷却到临界温度范围以下时例如通过再结晶重新转换为固态，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)。热塑性材料将通常包含不是共价地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。该聚合物材料还可包括填料，例如纤维或颗粒材料，其不具有热塑性特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“不可液化的”材料是在工艺过程期间达到的温度，因此特别是在连接器的热塑性材料液化的温度下不会液化的材料。这不排除不可液化的材料将在过程中没有达到的温度下能够液化的可能性，通常该未达到的温度远高于热塑性材料的液化温度或在该过程中热塑性材料的液化温度(例如大至少80℃)。该液化温度为结晶聚合物的熔融温度。对于非晶态热塑性材料，该液化温度(在本文中也称为“熔融温度”)是指高于玻璃化转变温度的温度，在该温度热塑性材料变得充分可流动，有时被称作‘流动温度’(有时被定义为可挤出的最低温度)，例如热塑性材料的粘度在此温度降至低于104Pa*s(在实施例中，尤其是基本不含纤维增强的聚合物，低于103Pa*s)。

热塑性材料的具体实施例是：聚苯乙烯或聚醚酮(PEEK)，聚酯纤维，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，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，或也有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，或其共聚物或混合物。

热塑性材料的实施例可能还包括热塑性弹性体。热塑性弹性体的概述可在B.Gready等人的“热塑性弹性体”中找到；“橡胶科学与工程”的第十三章，第四版2013，由James E.Mark，Burak Erman和Mike Roland，Elsevier 2013编辑。具体适用的热塑性弹性体尤其为在章13.1中讨论的热塑性弹性体和具有本文图13.2所示结构的热塑性弹性体。

除了热塑性聚合物外，热塑性材料也可包括适用的填料，例如增强纤维，例如玻璃纤维和/或碳纤维。该纤维可为短纤维。长纤维或连续纤维可被特别用于在该过程中未液化的第一和/或第二物体的部分。

该纤维材料(如果存在的话)可为任何已知的纤维增强材料，尤其是碳、玻璃、凯夫拉(Kevlar)、陶瓷如莫来石、碳化硅或氮化硅、高强度聚乙烯(Dyneema)等。

也可能使用其它不具有纤维形状的填料，例如粉末颗粒。

适用于根据本发明的方法的实施例的机械振动或振荡优选地具有在2和200kHz之间的频率(更优选在10和100kHz之间，或在20和40kHz之间)，和在0.2至20W每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和100微米之间，优选约30至60微米的范围内。这种优选的振动例如由在超声波焊接中已知的超声波装置产生。

在本文中，术语“近侧”和“远侧”用于表示方向和位置。即“近侧”是指操作者或者机器施加机械振动的接合侧，而远侧是相对侧。在本文中近侧上的连接器的加宽部被称为“头部”，而远侧的加宽部被称为“足部”。

附图说明

在下文中，参考附图描述了本发明以及实施例的实施方式。除照片外的附图可能为示意性的。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。附图示出：

图1a-图1b为根据本发明的实施例的锚固加工的各个阶段；

图2为锚固加工的替代构造，该构造包括作为第二物体的金属元件；

图3为在通过在第一物体内锚固连接器将第二物体固定至第一物体的加工的三个不同阶段期间，第一物体、第二物体和连接器的构造，其中第二物体为金属框架；

图4为附接有连接器的第二物体的图；

图5和图6为以图4的构造实施测试的不同步骤；

图7为带可压缩内衬材料的替代构造的图；

图8为图7的构造的密度分布；

图9a和图9b为在本方法的再一种结构的两个不同阶段期间的图，图9c为其变型例；

图10a和图10b为采用本方法分别锚固任意形状的连接器、以及带有多个任意形状的连接器的装置；

图11a和图11b为在第一物体具有非常低密度的内衬或者没有内衬的情况下本方法的各个阶段；

图12a和图12b为第一物体近侧面没有保持完整而有小开口的实施例；

图13为包括在近侧添加标记的构造；

图14为带有已锚固的连接器的图案的第一物体；

图15a和图15b为连接器用作冲压铆钉并通过被驱动进入第二物体的材料内而相对于第二物体被锚固的实施例的方法的各个阶段；

图16为第二方面原理的说明；

图17和图18为加工过程图的示例；

图19a和图19b为能量吸收效率的位置相关性原理说明；

图20为用于实施本发明的实施例的设备的示意图；

图21为设备的工作台；和

图22为采用多个超声焊头的工作台的俯视图。

具体实施方式

图1a的结构包括第一物体1，其是带有第一结构层11、第二结构层12和位于这些结构层之间的内衬13的夹层板。第一和第二结构层可包括纤维复合材料，例如连续玻璃或连续碳纤维增强树脂。内衬可为任意适用的轻质材料，例如硬纸板的蜂窝状结构。附加的粘结剂可将结构层11、12接合到内衬上。在一个例子中采用了基于聚氨酯的轻微发泡粘结剂。在粘结剂内可能的孔洞可有助于在本发明的各个实施例中的锚固。

第一物体包括从远端面向内延伸且尤其穿过第二结构层12的开口。

连接器3由热塑性材料构成，并且具有足部39和从足部39向近侧延伸并且通过开口的轴杆部。在描述的实施例中轴杆部大致呈带有轴向延伸的中空空间38的管形。能量导向件36放置在近端。

连接器轴杆部的长度(在描述构造中其远近延伸)大于第二结构层12和内衬13的厚度之和，使得当其抵靠第一结构层11的内表面时，仍然能从开口的嘴处突出。

超声焊头6用于将机械振动和按压力从第一物体的近端面耦合输入第一物体内，同时通过超声焊头6和连接器的远端被压靠其上的非振动支撑件7使物体和连接器彼此抵压。

振动和压力的联合作用使热塑性材料的流动部35变得可流动并且被压入连接器3周围的结构内。因此，连接器的尺寸改变。在重新固化后，形成了形状配合连接。图1b示出了所得到的结构，图1b示出了足部如何贴靠于第二结构层12的面向远侧的面以及流动部35如何渗透入第一物体1的结构以及因此也形成一种头部。替代直接贴靠于第二结构层12，足部39也可贴靠于待固定至第一物体的第二物体的片材部，例如任一按照下文示出类型的第二物体。

图1a和图1b所示的连接器3可附加地或替代地被用于紧固其它物体至其上，例如通过旋拧此其它物体进入中空空间或以其它方式固定在中空空间等。为此，该连接器可包括另外的元件，例如埋入热塑性材料内的金属插口(未示出)。

图2示出的构造通过以下特征与图1a的构造进行区分：

-连接器具有不是管形而是销形的轴杆部，

-连接器具有面向近侧的尖端(或者其它自穿刺结构)，该尖端可例如也用于在第二结构层12内加工开口，连接器通过结构层12的开口插入。此加工步骤可在连续的加工中在使流动部流动的步骤之前完成，并且可不采用或采用机械振动能的输入来完成。

-第二物体2通过连接器被固定于第一物体1，使得其被夹持在足部39和第二结构层12之间，轴杆部32延伸穿过第二物体的对应开口(孔或狭缝或类似物)。第二物体被示出具有可选的远侧凹口，其尺寸与足部39的尺寸相适配以容置足部，从而足部至少在某种程度上被埋入第二物体内。

这些特征彼此无关地实现。

图3示出了与图2相似的一个构造，其中第二物体2是金属框架，片材部21是金属框架的一部分。图3的三张图(从左到右)分别示出了加工过程的各步骤，即将第一和第二物体1、2和连接器3互相定位的步骤、开始机械振动的步骤(即将能量施加到连接器上的最初阶段)以及分别停止机械振动和压力的阶段的步骤。

在图3的左侧图中，第二结构层12被示出不带开口。如所述，根据层材料的特性，可以不预先加工开口而是通过将连接器的尖端或其它穿刺(切削/刺穿)特征压入其内来加工开口。但是，根据几乎所有的第一结构层材料组分的替代方案，开口可预先制备。

在所示实施例中，连接器的足部39进一步被示出通过第二物体从远侧支撑(支撑部39)且横向导向。对于本发明其它实施例而言通过第二物体远侧支撑和/或导向也是可选的。由于通过第二物体远侧支撑，抵抗由超声焊头6产生的按压力的反作用力可作用于第二物体上，即第二物体可被压向第一物体以被固定其上，而将来自超声焊头的机械能作用于后者。

图3的左侧图示出了流动部35如何形成头部，头部除了被锚固于第一结构层的结构内之外(包括，如果可行，粘接或类似方法)，还提供了某种铆钉效果，尤其是如果内衬13展示了一些基本的尺寸稳定性。

图4示出了作为第二物体保持两个连接器的例子的金属型材2的图片。还可以看到台阶特征34，当轴杆部的近端邻接第一结构层11时，该台阶特征被定位成与第二结构层中的开口的嘴部接触。通过此方式，可完成在第二结构层内附加的锚固。

图5和图6描述了图4的构造以及作为带有硬纸板的蜂窝状结构的内衬的夹层板的第一物体1和具有适用于同时实施两个连接器的锚固过程的尺寸和形状的超声焊头。图5示出了工艺开始时的情况，图6示出了工艺结束时的情况。

图7示出了实施例的例子，其中第一物体1具有第一结构层11、可选的第二结构层12以及泡沫材料内层13。与前面的附图相比，图7示出了沿上下取向布置的结构。

图7的实施例利用压缩泡沫内层13(用作内衬)的泡沫材料来提升锚固。在移除或刺穿一部分远侧结构层12后，连接器3进入泡沫材料，导致压缩连接器3和结构层11之间的部分(压缩部4)。作为横向位置的函数的密度分布因此将如图8所示，其示出作为横向位置x(见图7)的函数的密度ρ。

泡沫材料的压缩对加工有多种影响：

-第一，由于泡沫材料被压缩，超声焊头6和连接器3的近端的距离减小，因此减小了机械能必须被传输通过的距离。

-第二，增加的密度有助于增强振动传输通过材料的能力。

-第三，由于压缩，阻碍连接器朝向近侧方向前移的机械阻力逐渐增加，这又增加了在内层13的界面处的势能吸收。

-第四，该增加的密度带来了附加的刚度和稳定性，使得液化后的和重新固化后的热塑性材料被锚固在与内层的未压缩部分相比相对机械稳定的材料部内。

在图7的实施例中，该连接器3被示出为大致呈螺栓形并且包括多个能量导向件36。但是，压缩材料局部地增加材料密度(其中该连接器被锚固在压缩材料部内)的概念可独立于连接器的形状被应用。

下文可偏离于描述的构造进行变化：

-可省略第二(远侧)结构层12，即该实施例对没有第二结构层的第一物体也是可行的。

-可省略第一(近侧)结构层11，即接下来泡沫层13直接与超声焊头6接触，或与在该加工后被移除的临时中间元件接触。如果材料在被压缩时具有足以传播机械振动能的刚度，这是可行的。

-以上两方面的结合，即接下来第一物体可甚至由泡沫元件13构成。

图9a以例如是蜂窝状内层的带有相当大间隙的轻型结构材料内衬层为例阐述了压缩的概念。该压缩部14由内衬层的变形部和/或移位部构成，例如之前已经构成蜂窝状结构的变形的和/或移位的硬纸板或塑料片。在加工之后(图9b)，至少部分流动部35重新固化后被锚固在由变形部和/或移位部构成的压缩部14内。图9b的实施例的另一个特征为连接器3具有足部39并且用于将第二物体2例如具有金属片材部的物体附接于第一物体1，该特征与压缩内衬材料的方式无关。为此，第二物体2具有供连接器穿过的贯穿开口，使足部39在第二物体的带有贯通开口的部分远侧且头部面向近侧的表面部在开口周围邻接第二物体，从而第二物体被限制(例如被夹持)在第一物体的面向远侧的表面和这个表面部之间。

这个另一个特征可在本文描述的任一实施例中实现。作为其替代或附加，为了以这种方式连接第二物体，该连接器可包括替代的附接结构，例如螺纹，卡扣连接结构、夹结构、将第二物体胶粘其上的附接表面等，或者它可直接承载或已经集成有所述第二物体(例如如果第二物体小于连接器本身，例如如果第二物体为传感器、电缆等)，或者它可与第二物体的功能性部件成一体件，例如通过作为第二物体的足等。

在图7和图9a的实施例中，第一物体被示出具有最初的远侧开口，即第二结构层12被局部移除从而为连接器提供入口。这不是必需的。而是，根据第一物体的结构，该连接器可被直接压入(最初为完整的)第一物体的远侧表面，如例如图3中示出的示例以及下文图10a/图10b或图15a/图15b中的示例。如果第一物体是夹层板并且如果连接器没有单个近侧尖端而是具有近侧更大的接触面积，那么这甚至是可选的。图9c表示相应的例子，其中周向脊形成了冲压和能量导向元件136。最初，当施加压力时(可选地带有不足以使周向脊液化的机械振动)，一部分第二结构层被冲压掉，之后进行图7和图9a/图9b示出的工艺(图9c的概念的实施与内衬层复合材料无关)，该被冲压掉的部分被移至近侧。因此，尤其因为保留在第一物体内的被冲压掉的部分，该加工的变形形式可导致在连接器的近端更少锚固以及与第一结构层11更少连接，但导致热塑性部分的更加明显的侧向/横向流动，并且因此导致在第二结构层12近侧的流动以及因此导致相对于第二结构层12更加明显的锚固。

如图10a中非常示意性的说明，根据本发明的方法的一个优势在于连接器3可具有任意形状。尤其是，由于根据本发明的方法，该连接器无需特别具有允许振动工具将机械振动耦合输入连接器的形状(无需耦合输入表面部分)。而是，面向远离第一物体的表面可具有任意复杂的形状，包括形成切口的形状，只要能够以某种方式施加指向第一物体的按压力即可(其与如果机械振动需要被直接耦合输入物体内的情形相比限制要少得多)。

如上所述，超声焊头6被成形为向第一物体的另一侧(近侧)施加机械振动，并且为此例如可以具有大体平面的面向远侧的耦合输入面，如图10a所示。

如图10b所示，如果将连接到第一物体的第二物体提供有多个预组装(或原位组装)的连接器3，通过对第二物体施加压力并因此间接向连接器3施加压力而将连接器3同时锚固，那么与图10a中相同的想法能够在图10b中实施。同样在此，第二物体可具有允许以某种方式施加压力的任意形状。

根据本发明的方法另一个通常的优势在图10b中变得明显：与如超声焊接方法相反，即使第二物体与连接器预先组装，其本身没有被机械振动加载而是仅受按压力。因此，可能将甚至细微的第二物体与连接器预先组装或原位组装，这些细微物体将不适于经受加工过程中存在的机械振动。

如果第一物体为基本没有内衬(即由仅由分立的间隔保持器分开的两个隔开的结构层11、12组成)或者有非常低密度的内衬层的轻质结构物体，以及即使结构层的材料对于热塑性材料渗入而言太密实，根据本发明的方法也同样可行。如图11a和图11b中所示，流动部35流入其中以形成形状配合连接的第一物体1的结构是结构层之间的中空空间，因此第一物体和连接器3之间的形状配合连接为盲铆钉类连接。

在上文描述的实施例中，以下成立：

-与超声焊头6接触的第一物体的近端面保持完整；

-热塑性流动部不到达与超声焊头接触的第一物体的这个近端面；不与超声焊头接触；和/或

-流动部的流动被第一物体的近侧层(例如第一结构层11)所限定。

如图12a和图12b所示，存在不满足这些条件中任何一个的替代实施例：更特别的是，在图12a和图12b的实施例中，该连接器包括使第一结构层11被刺穿的穿刺部37。附加地或替代地，第一结构层可被其它工具刺穿。例如，当从远侧将开口形成在第一物体内时，形成这个开口的工具(钻机等)也刺穿第一结构层，但是，通常比第二结构层12内的开口和连接器3的轴杆的尺寸小很多。

在图12a和图12b的实施例中，该超声焊头6包括面向第一物体1的空腔61，其中穿过第一结构层的开口的流动部65的部分可在空腔61内散布。尤其地，该空腔可具有在至少一个面内方向上的横向延伸，该横向延伸超过开口的延伸，从而已经流经开口的热塑性材料可在重新固化后形成头部，该头部以形状配合的方式以抵抗连接器上的朝远侧方向的力。在一个例子中，可执行该加工直至空腔61被热塑性材料填满，从而该空腔用作了热塑性材料的模具。

在图13中还说明了另一个原理。即，第一物体1的近端面包括明确地示出连接器位于端面下方位置的标记，第一物体1的近侧面没有必要按照图12b所示被热塑性材料渗透。这可具有当另一个物体例如螺钉、销或钉在之后的加工步骤中从近侧被插入就能被锚固的优势。此另一个物体可根据情况被有利地锚固于连接器的材料内，从而连接器可用作锚固件-尤其是如果第一物体本身的材料并不足够稳定地固态锚固另一个物体。

在图13的实施例中，在连接器被锚固的位置由第一物体的变形形成了标记。在所描述的实施例中，超声焊头6又被提供有允许第一物体向外胀形的空腔，第一物体可例如包括可塑性变形的和/或弹性变形的材料。

更通常地，并且与是否如图13由连接器的锚固形成标记、或者形成分开的标记或者没有形成标记无关，第一物体可被提供有位于不同横向位置的多个连接器，例如对应于特殊要求的位置图案或限定的位置。这在图14中被非常示意性地说明，图14示出了带有用于使第一物体从近侧和/或从远侧附接另一个物体的附接位置91的图案，每个附接位置91都由锚固的连接器构成。附接位置的中心92可被明确定义，而准确的横向延伸可依据流动部的流动并且因此在实施例中可不被精确限定。

图15a和图15b示出了更进一步的实施例，其中连接器3具有类似于冲压铆钉的功能。在此，将连接器3接合到第一物体通常包括的步骤有：

-提供第一物体和连接器，该连接器与第一物体分离，该连接器在近端和远端之间延伸并且包括连接器本体5，该连接器本体形成朝向远侧的冲压边，其中连接器和第一物体中的至少一个包括处于固态的热塑性材料4，

-将连接器3相对于第一物体放置从而远端与第一物体1的面向远侧表面物理接触；

-驱动连接器进入第一物体1的材料内并且将机械振动从第一物体的近侧耦合输入第一物体，直到连接器从其远侧到近侧延伸穿过一部分第一物体并且第一物体的材料被连接器本体冲压掉，并且直到至少热塑性材料4的流动部35变得可流动并且当连接器本体仍为固态时相对于连接器和第一物体流动，和

-使热塑性材料的流动部重新固化。

特别地，该方法可以包括进一步的步骤：使连接器本体变形以在第一物体的部分远侧膨胀，以将连接器锚固在第一物体内，如图15b所示。为此，该超声焊头6可设有相应的铆钉模具结构(成形部62)，例如从用于现有技术冲压铆钉的支座中可知的结构。

第一物体1可例如为纤维复合材料。

如图15a所示，该方法可还包括将第二物体2相对于第一物体定位，其中在将连接器驱动入第一物体1材料内的步骤中，连接器3也被驱动入第二物体2或通过第二物体2或其内的开口以使第一和第二物体相连接。

尤其是，如图15a所示，第二物体可被放置在第一物体的近侧。

此结构中的第二物体2可为纤维复合材料或金属。

如图15a所示，连接器本体5可被驱动入第二物体的材料内并且同时变形以产生埋入第二物体2的材料内的或甚至在第二物体近侧的冲压铆钉足(在本申请的术语中，施加振动的方向为近侧方向，因此图15b中“足”为近侧足)。在下面的例子中，可实施该驱动的方法步骤(可选地，与施加振动相似)直至连接器被驱动穿过第二物体并且可冲压掉一部分第二物体。

与后一种选择相反，在图15a/图15b的实施例中，选择连接器本体5和第二物体2的材料对以及成形部62的形状使得连接器本体不冲压穿过第二物体而是仅仅使其变形并且形成位于第二物体材料内的近侧连接器足(图15b)。这可例如通过选择第二物体的延性材料例如适用的钢或铝合金，为成形部62提供相对光滑的表面，以及优化连接器本体的材料强度使得第一物体材料被刺穿但是在第二物体内可以变形来实现。

在说明的实施例中，作为可选特征，该连接器本体5具有埋头部，并且在加工中可选地推入第一和第二物体的组件内，直到其近端面与第一物体1的远侧面平齐(图15b)。如果连接器作为一种改进的冲压铆钉具有将第一和第二物体连接在一起的单一功能，那么该特征可尤其地有利。

根据本发明的这些“冲压铆钉”的实施例的方法具有通过提供基本具有冲压铆钉功能的连接器而提供快速且低成本的加工的优势。机械可变形的连接器、尤其是塑性变形的金属铆钉，包括冲压铆钉，已经在现有技术中已知很长时间。然而，由于例如金属(或陶瓷或硬塑料或玻璃等)本体与液化热塑性材料并使其重新固化的方法的组合，可利用不可液化材料的材料性能的优势，例如高抗剪力、高延展性或者根据应用还可以使用其它性能，例如导电性等。现有技术冲压铆钉的缺点却得以避免。热塑性材料不仅可提供防止可能带来侵蚀的接触的屏障。已经流动并且重新固化的热塑性材料也具有防止或固化可能的分层效应的潜力。同样，热塑性材料可有助于避免类似于“回弹效应”的不利效应。

进一步观察到，由超声辅助的冲压具有减少分层以及减小冲压位置周围损伤区域范围的作用。

更进一步，采用热塑性材料可具有以下效果中的一种或其结合：

-力量小，没有过压，在不同连接器之间没有片材的胀形效应，

-极小的残余应力，减小应力引起老化和腐蚀开裂增加的风险，尤其是如果它与重叠板材面上的胶结合使用，

-补偿公差，例如如果第二物体具有通孔，

-如果连接器的热塑性部件具有低于160℃的玻璃转化温度，那么它也能够补偿在汽车应用中的电泳沉积(EPD)工艺中的热应力。

图16示出本发明的第二方面的例子。在此，连接器3没有任何热塑性材料而是第一物体有热塑性塑料。连接器3替代地具有结构131，尤其是底切结构131，热塑性材料能够流入该结构131内以形成形状配合连接。

更特别的是，在图16示出的实施例中，第一物体除了具有第一结构层11、第二结构层12以及内衬13外还具有例如位于第一结构层远侧的热塑性层16。当在加工过程中连接器3的近端被压向热塑性层16和第一结构层11时，热塑性层的热塑性材料的流动部变得可流动并且渗入结构131以在重新固化后形成连接器的形状配合锚固。

替代具有分离的、专用的热塑性层，或者是对其补充，第一物体1可具有另一种形式的热塑性材料，例如如果第一结构层、内衬和/或将内衬接合到第一结构层的粘接层具有热塑性性能。

补充或替代如图16所示具有位于近端的底切的结构131，在第二方面的实施例中连接器可具有任何其它结构，例如横向结构(例如序列凹痕)，宏观孔隙度等。

图17示出了根据本发明的第一或第二方面的加工的过程图。101示出了作为时间t的函数的施加在连接器上的力，102表示振动能量输入(单位时间的能量，即功率P)。

在所示的实施例中，当连接器穿刺第一物体1时，例如，如果可行的话，当它必须穿刺入第一结构层时，假定作为时间的函数的力具有第一峰值。根据构造(第一物体的结构；可能存在的预先制备的远侧开口及其尺寸等)，此第一峰值可存在也可不存在，并且如果存在可具有不同特征。在某个阶段，因为连接器抵靠第一结构层(例如类似于图1-图3中的结构)或者因为被它按压的材料阻力逐渐提高，连接器的近端将遇到附加的阻力(第二峰值105)。当力足够高时，用于实施该方法的设备可被构造为仅开启机械振动能的输入，例如在力已经到达触发值F_t后。

在此，在大多数实施例中，该力为连接器上的力(由适当的施压工具施加)而不是振动发生工具上的力。与现有技术的加工相反，用于控制能量输入的力的装置和施加振动能的装置是分离的/不同的装置(但是可当然属于相同的设备)。

如果第一峰值104(如果存在)可被期待为相当高，例如高于触发力F_t，那么推进连接器的工具的位置可为用于控制的附加参数，即，如果这个装置已经朝向近侧方向至少前进至预先限定的位置并且力超过了触发力，那么该设备可被控制为只施加振动。这可例如尤其为这种情况，如果第二结构层12在连接器与第一物体的面向远侧表面接触后被连接器刺穿。因此，根据这个选择，作为轴向位置z的函数可存在刺穿窗口(机械入侵窗口)和用于触发的感应窗口，在实施例中在刺穿窗口处即使力大于触发水平也不会产生振动，在感应窗口处，一旦力大于触发力则开始振动。

作为另一种替代，该控制可使振动输入只依据位置(依据位置控制)。在任一情况下，按压力施加工具的参数而不是振动工具的参数被用于控制该工艺。但振动发生设备的反馈可选择性地被用作加工控制的附加输入。

图18示出了一个例子，其中在施加机械振动的步骤的过程中力不是特别大(例如由于第一物体的某种结构和/或因为在最初的能量输入后连接器相当快地变软和/或因为连接器材料的弹性模量低)。于是力(力曲线101)不适用作为过程控制的参数，从而可采用位置替代。

如果设备的力发生装置是适当可控的例如通过基于步进电机或准确控制的液压以替代例如气动，那么该位置可尤其地为该加工的适用参数。

在图18中示出了本发明的实施例的另一个可选特征(保持与被用于控制该加工的参数无关)。即如上文所述，在振动停止后可维持保持力。这个保持力可根据选择甚至高于在能量输入期间施加的力，如虚线101’所示，其示出了在机械振动已经停止后按压力增加，例如为了通过热塑性材料的流动部形成更加明显的头部。当然可以有其它的压力-时间曲线，包括在关闭期间和振动已经停止后保持按压力在一段时间内恒定。

根据第一物体的结构和材料，能量通过第一物体到达连接器3的热塑性材料的传输效率可极大地依赖连接器朝向近侧方向已经前进多远，即连接器的近端与超声焊头6有多近。图19a非常示意性地描述了该情况，其中第一物体具有厚度D并且该连接器最初必须刺穿第二结构层(按照图17和图18中示意性说明的形成第一峰值)。图19b示意性地示出了作为连接器的最近侧部的位置z的函数的能量传输效率η。尤其是如果第一物体具有内衬层并且内衬层相对脆，那么效率将会相当低除非连接器的最近侧邻近于超声焊头，因为此内衬层(或其它低密度和/或低刚度的材料)为机械振动能量的弱传输体。该效率曲线作为时间的函数可转变(在图19b中从实线转换为虚线)，例如如果连接器材料被加热至玻璃转化温度以上，因此其由于增强的内部摩擦而变成了振动能量的有效吸收体。因此该过程参数也可依据连接器运动进入第一物体的速度。

由于在某些设置中效率对位置的强烈依赖，在控制力的过程中没有必要如上文所述预见机械入侵窗口，因为在穿刺步骤期间传输到该连接器的能量可能十分弱使得在该步骤期间机械振动是否起作用都无关紧要。

图20示出了用于实施根据本发明的不同方面的方法的设备的实施例。控制单元150控制将超声焊头6设置为振荡的换能器单元151以及使工具153前进以将连接器3压向近侧方向(在示出的结构中进入第一物体1)的驱动机构152。该驱动机构可为电驱动机构，例如相对于载荷框架具有准确限定的受控移位，例如带有同步电机的驱动机构。或者，该驱动机构可基于液压驱动(也具有必要限定的位置/前进移位的优势)和气动驱动(具有准确限定的驱动力)或其它适用的驱动机构。上述机构的组合也是可能的。

该超声焊头和换能器单元在此无需被提供有驱动机构以使其前进，而是可被例如相对于工作框架(例如工作台)固定不动地安装。但是，不排除此(附加的)超声焊头驱动机构。

该控制单元150按照上文描述控制该过程，基于：

-由工具153施加的力和/或压力；和/或

-工具和/或连接器的位置。

该设备为此可包括用工具测量力的力/压力测定台154(给定明确的几何形状、力和压力是等价的，在本文中通常只使用术语“力”，当然技术人员将知道力与压力之间的等同性)。力测定台154可由专用测量探头构成，或附加地或替代地由驱动机构152本身的控制信号和/或反馈信号构成。

附加于或替代于该力测定台154，该设备可包括位置测定台155。同样位置测定台155可由例如进行光学测量或电容测量等的专用测量探头构成。(用于此的不同机构在现有技术中是已知的)。附加地或替代地，该位置测量台可包括利用驱动机构的控制信号和/或反馈信号(例如如果驱动机构包括步进电机、步进数量的评估等)。

参考图21和图22示出了用于实施该方法的设备的实施例的再一种可能特性。例如参考图20的说明，与现有技术方法例如超声焊接方法相比，在根据本发明的原理方法的加工期间该超声焊头无需向前移位。这可被用于将该设备构造为例如带有分别位于台座80上的一个限定位置或多个限定位置的一台超声焊头或多台超声焊头(图21)的通用的、工作台状的设备，该台座用作第一物体的近侧表面的邻接表面。按压工具可用于在超声焊头的一个横向(x-y)位置/多个横向位置将连接器按压入第一物体。该设备整体上或者是其台座部基本为水平的或台状(对于具有板形部的第一物体)，一台超声焊头/多台超声焊头在该过程中最多突出大约一个机械振动的幅度。

可选地，该台座可包括用于将第一物体稳定在其上的装置，例如当第一物体抵靠其上时在表面产生真空的抽气通道81。

Claims (10)

1.一种在第一物体内锚固连接器的方法，该连接器包括固态的热塑性材料，该方法包括：

-提供所述第一物体和所述连接器；

-使所述连接器从第一物体的远侧与所述第一物体接触；

-将机械振动能从第一物体的近端面施加到所述第一物体，所述近端面与远侧相对，同时所述物体和所述连接器彼此压靠，直到所述连接器的面向近侧的部分能够至少部分流动以形成热塑性材料的流动部，并且使该流动部流入所述第一物体的结构内；和

-使所述流动部重新固化以在所述第一物体和所述连接器之间形成形状配合连接。

2.根据权利要求1所述的方法，包括通过使所述连接器在第一物体的近端面的远侧停止而使所述第一物体的近端面保持完整。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一物体为包括第一近侧结构层、第二远侧结构层以及在第一结构层和第二结构层之间的内衬的夹层板，其中在造成接触以及施加能量的步骤中，使该连接器穿过第二结构层和内衬，但被第一结构层所阻止，其中该连接器的面向近侧的部分包括该连接器的压靠第一结构层的远侧表面的近端，并且所述流动部至少部分沿第一结构层的远侧表面流动。

4.一种在第一物体内锚固连接器的方法，所述第一物体包括固态的热塑性材料，该方法包括：

-提供所述第一物体和所述连接器；

-将所述连接器从第一物体的远侧与所述第一物体接触；

-将机械振动能从第一物体的近端面施加到所述第一物体，所述近端面与远侧相对，同时所述物体和所述连接器彼此压靠，直到所述第一物体的与所述连接器的面向近侧的端部接触的部分能够至少部分流动以形成热塑性材料的流动部，并且使该流动部流入所述连接器的结构内；和

-使所述流动部重新固化以在所述第一物体和所述连接器之间形成形状配合连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将机械振动能施加到第一物体的步骤包括使振动工具贴靠所述第一物体，并且在将机械振动能施加到所述第一物体的步骤期间，所述振动工具是固定不动的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括使用非振动工具以将该连接器相对于所述第一物体朝近侧方向按压。

7.一种在第一物体内锚固连接器的装置，所述装置包括：

-振动发生装置，其接合至振动工具以产生机械振动；

-驱动机构，其接合至工具以使该连接器相对于超声焊头移动；和

-控制单元，其接合至该振动发生装置和驱动机构并被配置为控制该驱动机构的移动以及该振动发生装置的振动发生。

8.根据权利要求7所述的装置，还包括用于直接或间接地感测所述工具和/或连接器的位置的第一感测机构，所述控制单元被接合至所述第一感测机构并被配置为基于自所述第一感测机构接收的信号获得位置信息。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第一感测机构被配置成采用该驱动机构的反馈信号和/或控制信号以间接感测位置。

10.根据权利要求9所述的装置，还包括用于直接或间接地感测由工具施加于该连接器的力的第二感测机构，所述控制单元被接合至第二感测机构并被配置成基于自所述第二感测机构接收的信号获得按压力信息。