本發(fā)明涉及機(jī)械工程和構(gòu)造領(lǐng)域，尤其是機(jī)械構(gòu)造如汽車工程、飛行器構(gòu)造、造船、機(jī)器構(gòu)造、玩具構(gòu)造等。

背景技術(shù)：

在汽車、航空和其它行業(yè)，傾向于拋棄鋼結(jié)構(gòu)而使用輕質(zhì)材料如鋁或鎂金屬片或聚合物，如碳纖維增強(qiáng)聚合物或玻璃纖維增強(qiáng)聚合物或沒有加強(qiáng)材料的聚合物，例如聚酯、聚碳酸酯等。

這些新材料在結(jié)合這些材料的元件、特別是在將平坦物體結(jié)合到另一個(gè)物體方面引起了新的挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，汽車、航空和其它行業(yè)已經(jīng)開始大量使用粘合劑結(jié)合。粘合劑結(jié)合可以輕而堅(jiān)固，但是存在不能長期控制可靠性的缺點(diǎn)，因?yàn)閹缀醪豢赡茉跊]有完全破壞該結(jié)合的情況下檢測到例如由于脆化的粘合劑而導(dǎo)致的弱化的粘合劑結(jié)合，。

fr1519111教導(dǎo)了一種通過向熱塑性體施加高頻振動(dòng)來移位熱塑性物質(zhì)并使其在固定元件的內(nèi)腔中流動(dòng)以將螺釘或類似的固定元件緊固到熱塑性體的方法。us5,271,785、fr2,112,523、us3,184,353、us3,654,688和gb1,180,383教導(dǎo)了將金屬體固定到熱塑性體上，即通過使金屬體和熱塑性體接觸并使金屬體受到機(jī)械振動(dòng)，直到熱塑性體的熱塑性材料液化，金屬體基本上完全包裹在熱塑性體中，并且熱塑性材料流動(dòng)進(jìn)入金屬體的凹部中。所有這些方法僅適用于將金屬部件錨固在深的熱塑性物體中，并且所需的能量輸入和對待連接的部件的相應(yīng)影響是相當(dāng)大的。

us2010/0079910教導(dǎo)了制造具有塑料殼體部件和金屬殼體部件的電子裝置，其中塑料殼體部件通過超聲波結(jié)合附接到金屬殼體部件。us2010/0079910所教導(dǎo)的概念的應(yīng)用是受限的。

現(xiàn)有技術(shù)方法的其它概念包括將熱塑性本體成形為包括凸緣狀突出部，緊固元件(如螺母)被按壓到該凸緣狀突出部中。然而，這個(gè)概念具有更復(fù)雜的缺點(diǎn)，因?yàn)槌尚嗡芰喜考赡芫哂泻唵蔚睦缇哂型咕壍钠瑺钚问?，取決于應(yīng)用這需要具有精確限定的定位，這可能會(huì)大大增加制造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種將兩個(gè)物體結(jié)合在一起的方法，該方法克服現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點(diǎn)，并且特別適用于將第二物體結(jié)合到聚合物基材料的第一物體上。另一個(gè)目的是提供用于實(shí)施該方法的設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種將第二物體結(jié)合到第一物體的方法，所述方法包括以下步驟：

-提供第一物體，該第一物體包括處于固態(tài)的熱塑性可液化材料；

-提供第二物體，該第二物體包括具有帶底切的接合結(jié)構(gòu)的表面部分，和/或其中第二物體，如下文所述地表面部分能夠變形以包括帶底切的這種接合結(jié)構(gòu)，由此第二物體能夠與第一物體進(jìn)行形狀配合連接；

-通過工具將第二物體壓靠到第一物體，該工具與第二物體的耦合輸入結(jié)構(gòu)物理接觸，此時(shí)機(jī)械振動(dòng)被耦合到該工具中，

-繼續(xù)按壓和將振動(dòng)耦合到工具中的步驟，直到第一物體的熱塑性材料的流動(dòng)部分液化并且流入第二物體的接合結(jié)構(gòu)，

-使第一物體的熱塑性材料再凝固，以通過液化和再凝固的流動(dòng)部分與接合結(jié)構(gòu)相互滲透的流動(dòng)部分產(chǎn)生第一與第二物體之間的形狀配合連接。

流動(dòng)部分的液化在此主要由振動(dòng)的第二物體與第一物體的表面之間的摩擦引起，該摩擦使第一物體表層發(fā)熱。

因此，根據(jù)本發(fā)明的許多實(shí)施例的方法的特殊性質(zhì)也在于在第一與第二物體之間的接觸區(qū)域中已產(chǎn)生的流動(dòng)部分可以立即流入第二物體的既有空腔，并且因此受過程中產(chǎn)生熱量影響的區(qū)域仍然很小，例如基本上限于混合區(qū)。

流動(dòng)部分的流動(dòng)行為將受到以下事實(shí)的影響：由于根據(jù)本發(fā)明的方法，產(chǎn)生朝向不可液化材料的表面的材料流(即第二物體；匯流)，通過振動(dòng)和摩擦，連續(xù)供給熱量至該表面。因此，通常幾乎沒有熱量流走。因此，即使在短的加工時(shí)間之后，可以實(shí)現(xiàn)熱塑性材料進(jìn)入接合結(jié)構(gòu)的大的滲透深度，流動(dòng)沒有因?yàn)榕c冷部位接觸的液化材料的熱損失而停止。這與例如在wo98/42988中描述的“木材熔接(woodwelding)”過程形成對比，在wo98/42988中存在由于液化材料從界面區(qū)域流走并且因此將熱量輸送到已經(jīng)保持冷的結(jié)構(gòu)中的分流。

第一和第二物體是廣義意義上的結(jié)構(gòu)部件(結(jié)構(gòu)件)，例如在機(jī)械工程和構(gòu)造領(lǐng)域(例如汽車工程、飛行器構(gòu)造、造船、機(jī)器構(gòu)造、玩具構(gòu)造等)中使用的部件。通常，第一和第二物體都將是人造的、人工的物體，并且至少第一物體將包括人造材料；不排除在第一和/或第二物體中額外使用天然生長(非生物物質(zhì))材料，例如木質(zhì)材料。

第一物體和第二物體的材料可以是均勻的或不均勻的。例如，第一個(gè)物體可以具有熱塑性材料，另外還包括其它不可液化的材料，和/或第一物體可以具有不同組成的多層熱塑性材料。類似地，第二物體可以包括不同材料的不同部分，如下文更詳細(xì)說明。另外地或作為替代地，在實(shí)施例中，可以使第二物體滲透多個(gè)物體(第一物體加上至少一個(gè)另一物體)，以將多個(gè)物體彼此固定，也如下文更詳細(xì)說明。

耦合輸入結(jié)構(gòu)可以是特別是由最近側(cè)面構(gòu)成的耦合輸入面，具有或不具有用于充當(dāng)工具的單獨(dú)超聲波發(fā)生器的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)(例如用于工具的相應(yīng)突出部的引導(dǎo)孔)。在替代實(shí)施例中，耦合輸入結(jié)構(gòu)可以包括將第二物體直接聯(lián)接到振動(dòng)產(chǎn)生裝置的耦合件，該振動(dòng)產(chǎn)生裝置然后充當(dāng)工具。這種耦合可以例如是通過螺紋或卡口耦合或類似。因此，在這些實(shí)施例中，第二物體同時(shí)是耦合到振動(dòng)發(fā)生裝置的超聲波發(fā)生器。

在其它實(shí)施例中，該工具是緊固到振動(dòng)產(chǎn)生裝置的超聲波發(fā)生器。這種超聲波發(fā)生器例如在超聲波焊接中是已知的。

在另外的實(shí)施例中，工具可以是(不同于第一物體的)中間件，超聲波發(fā)生器被壓靠該中間件，并且該中間件的材料在過程中在施加的條件下不會(huì)液化。通常，根據(jù)本發(fā)明的方面的方法排除僅經(jīng)由第一物體將振動(dòng)耦合到第二物體中；而是需要第二物體與振動(dòng)工具之間的物理接觸。

熱塑性材料的流動(dòng)部分是熱塑性材料的部分，該部分在該過程中并且由于機(jī)械振動(dòng)的影響從而被液化且流動(dòng)。

第二物體的接合結(jié)構(gòu)是不可液化的材料。如下文更詳細(xì)說明，該定義包括材料在比第一物體的材料顯著更高的溫度下是可液化的可能性，例如高至少50°的溫度。另外地或作為替代地，該條件可以保持是在第一物體的熱塑性材料可流動(dòng)的溫度下，第二物體的材料的粘度比第一物體的熱塑性材料的粘度高幾個(gè)數(shù)量級，例如在至少10³和10⁵之間的系數(shù)。另外地或作為替代地，包括具有不同液化溫度和/或不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的不同可液化基質(zhì)材料，這也可以通過例如纖維填料的較高填充級別來實(shí)現(xiàn)。

接合結(jié)構(gòu)可以包括連續(xù)的徑向突出部和凹陷(例如肋/凹槽)、開放多孔泡沫狀結(jié)構(gòu)、開向遠(yuǎn)側(cè)的開口，該開口通過朝向近側(cè)加寬至少一個(gè)橫向方向等限定出底切。限定出相對于軸向方向的底切的任何結(jié)構(gòu)都是合適的。

在包括連續(xù)的徑向突出部和凹陷(例如圍繞第二物體的一部分的外表面或沿著第二物體的內(nèi)表面)的接合結(jié)構(gòu)中，混合區(qū)的深度可以被限定為流動(dòng)部分從最外面的突出部開始滲透的徑向深度。在包括開放多孔結(jié)構(gòu)的接合結(jié)構(gòu)中，混合區(qū)的深度可以被限定為熱塑性材料的深度從開放多孔結(jié)構(gòu)的表面開始滲入開放多孔結(jié)構(gòu)的深度，該深度是垂直于開放多孔結(jié)構(gòu)的表面測量的。類似地，在包括開向遠(yuǎn)側(cè)的開口的接合結(jié)構(gòu)中，混合區(qū)的深度可以被限定為熱塑性材料從朝向遠(yuǎn)側(cè)的表面開始滲入的深度。

特別地，在實(shí)施例中，第二物體的機(jī)械振動(dòng)傳遞部件由在整個(gè)過程中保持低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的金屬和/或其它硬質(zhì)材料(玻璃、陶瓷等)和/或熱固性塑料和/或熱塑性塑料組成。

在特殊組實(shí)施例中，第二物體包括第二熱塑性材料，其液化溫度明顯高于第一物體的熱塑性材料的液化溫度。然后，在使第一物體的熱塑性材料的流動(dòng)部分液化的步驟之后，第二物體可以被壓靠到支撐件或第一物體的不可液化部分上，同時(shí)將振動(dòng)連續(xù)地耦合到第二物體中(具有與初始相同或更高或甚至更低的強(qiáng)度)，直到第二熱塑性材料的第二流動(dòng)部分被液化并導(dǎo)致第二物體變形。特別地，進(jìn)一步的方法步驟可以如wo2015/117253中所描述的進(jìn)行，其通過引用并入本文，直到產(chǎn)生第二物體的腳部和/或頭部，以便通過附加鉚釘效應(yīng)將第一和第二物體結(jié)合在一起。

雖然該特殊組實(shí)施例的實(shí)施例包括在結(jié)合過程之后穿過第一個(gè)物體到達(dá)遠(yuǎn)側(cè)的第二個(gè)物體，但是在替代的一組實(shí)施例中，遠(yuǎn)側(cè)是保持完整無損的，即，包括第一和第二物體的部分的混合區(qū)未到達(dá)遠(yuǎn)側(cè)。

在實(shí)施例中，通過向第二物體提供錨固部分而以深度有效的方式錨固第二物體，其中該錨固部分沿錨固軸線延伸，可選地提供布置在第二物體的外周表面上和/或沿著第二物體的軸向延伸部分的內(nèi)表面布置的結(jié)構(gòu)件。

在實(shí)施例中，特別是第二物體滲透進(jìn)入第一物體的滲透深度，即滲透進(jìn)入第一物體的第二物體的那些部分的軸向延伸，大于(例如明顯大于)混合區(qū)的深度，即在結(jié)合過程之后存在第一和第二物體的兩部分的區(qū)域。換句話說，在包括深度有效錨固的這些實(shí)施例中，在至少一個(gè)橫向尺寸上以及通常在兩個(gè)橫向尺寸上滲透進(jìn)入第一物體的第二物體的一部分的寬度小于第二物體滲透進(jìn)入第一物體的滲透深度。混合區(qū)的深度接著被限定為外周表面上的結(jié)構(gòu)元件的特征深度，即垂直于錨固軸線測量的深度。

另外或替代包括深度有效錨固地，一組實(shí)施例包括具有多個(gè)結(jié)構(gòu)元件的結(jié)合表面，所述多個(gè)結(jié)構(gòu)元件彼此橫向間隔開和/或可能形成延伸的例如圓周的槽，該結(jié)合表面符合第一物體的表面部分。例如，如果第一物體是平面的，則結(jié)構(gòu)元件將沿著平面延伸。

實(shí)施例，例如包括深度有效錨固的實(shí)施例，可以包括在按壓步驟之前在第一物體中提供孔，并且在按壓步驟中，將第二物體的一部分壓入孔中。在此，孔直徑優(yōu)選被選擇為小于壓入該孔中的部分的外徑。這樣的孔可以是盲孔或通孔。也可以錨固在諸如凹槽等的其它凹陷中。

在第二物體相當(dāng)薄、例如是熱塑性片的實(shí)施例中，通孔也可能是有利的。將第二物體結(jié)合到第一物體的方法接著可以包括用第二物體來內(nèi)襯通孔，例如為了將另外的物體緊固其上的目的，以用作導(dǎo)孔、用作僅在預(yù)定條件下可交叉的屏障(如隔墊的情況或具有可拆卸蓋或類似物的第二物體的情況)或具有其它目的。在該特殊類別的實(shí)施例中，第一物體的厚度可以對應(yīng)于相互滲透深度(混合區(qū)的深度)的2-40倍或2-20倍，特別是在3倍到10倍之間。

根據(jù)另一組實(shí)施例，以“平面結(jié)合”或“平坦結(jié)合”的方式進(jìn)行結(jié)合，其具有相當(dāng)小的滲透深度。該組實(shí)施例可能特別適合于將第二物體結(jié)合到相對薄的或?qū)p傷敏感的第一物體上，或者具有以下高要求的第一物體上：使除第二物體結(jié)合的表面外的其它表面完整無損。

在該組實(shí)施例中，第二物體包括用于液化材料流入的多個(gè)結(jié)構(gòu)件，其中多個(gè)結(jié)構(gòu)件彼此橫向隔開，即沿著平面延伸，該平面在錨固過程中平行于第一物體的表面平面，或者根據(jù)情況可以沿第一物體的另一個(gè)非平面表面延伸。特別地，第一和第二物體之間的結(jié)合可以是平面結(jié)合，其中第一和第二物體之間的界面區(qū)域基本上平行于第一物體的表面平面，并且至少在一個(gè)尺寸上，優(yōu)選在兩個(gè)平面內(nèi)的尺寸上明顯大于滲透深度，例如大于至少2倍或3倍、至少5倍或至少10倍。在此，該滲透深度可以等于混合區(qū)的深度或者可以小于混合區(qū)的深度。

包括與混合區(qū)的深度相比具有小的滲透深度的結(jié)合的實(shí)施例，還可以包括將第二物體結(jié)合到第一物體的非平面的表面部分。例如，第一物體可以具有一定的面向近側(cè)的表面輪廓，并且第二物體可以具有符合該輪廓的整體形狀，或者可變形來這樣做。

替代地，第一物體可以具有埋頭孔或開口或沿著其周邊設(shè)置有另一結(jié)構(gòu)的開口，其中第二物體具有相應(yīng)地適合的(例如，如果開口是埋頭孔，則是圓錐形的)形狀。在第一物體相當(dāng)薄并且對遠(yuǎn)側(cè)表面有要求的實(shí)施例中，第二物體的結(jié)構(gòu)元件可以在這種實(shí)施例中適應(yīng)于深度。特別地，結(jié)構(gòu)元件的相對尺寸可以朝向遠(yuǎn)側(cè)減小，使得它們?nèi)菁{可流動(dòng)材料的能力朝向遠(yuǎn)側(cè)減小，并且熱沖擊也相應(yīng)如此。

在實(shí)施例中，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是液化材料能夠流入的結(jié)構(gòu)元件(例如凹陷或孔)的體積大于移位體積。這導(dǎo)致本發(fā)明的實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，沿著包括接合結(jié)構(gòu)的表面部分，孔隙率在一定深度上至少為50％。這里的孔隙率定義為從外部凸包測量到一定深度(對應(yīng)于在軸向上測量的混合區(qū)的深度)的空的空間占總體積的部分；它也可能適用于不一定被視為“孔”的宏觀結(jié)構(gòu)。如果滿足這個(gè)可選的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則不必將體積移位到表面或側(cè)面或類似物上。

更一般地，在實(shí)施例中，該方法可以包括使流動(dòng)部分流入凹陷和/或孔，并防止流動(dòng)部分流向第二物體的側(cè)向區(qū)域。

為此，視情況，除了提供滿足上述條件的凹陷/孔體積之外，該方法還可以包括將(非振動(dòng))保持裝置壓靠在第二物體附近的第一物體的近側(cè)表面上，例如圍繞第一和第二物體之間的界面。這種保持裝置可以防止在第二物體被錨固在第一物體中的位置周圍的凸起等。

在這組“平面結(jié)合”或其它“平坦結(jié)合”錨固的實(shí)施例中，除了腔(凹陷/孔)之外，第二個(gè)物體包括可以例如用作能量導(dǎo)向件的遠(yuǎn)側(cè)突出結(jié)構(gòu)。特別地，這樣的遠(yuǎn)側(cè)突出結(jié)構(gòu)可以具有帶有朝向遠(yuǎn)側(cè)漸縮部分的形狀，例如終止于尖部或邊緣或圓形遠(yuǎn)端。在這種情況下，遠(yuǎn)側(cè)突出結(jié)構(gòu)和容納流動(dòng)部分的腔之間的橫向距離可能是最小的。特別地，可以避免這種遠(yuǎn)側(cè)突出結(jié)構(gòu)和腔之間的任何間隔，使得第二物體在遠(yuǎn)側(cè)表面處的整體形狀在遠(yuǎn)側(cè)突出部和腔之間起伏。

在上文所述的所有組的實(shí)施例中，包括相對于軸向(近遠(yuǎn))方向的底切并且從而使得形狀配合連接成為可能的接合結(jié)構(gòu)是第二物體的預(yù)制性能。

另外地或替代地，第二物體可以包括可變形部分，并且該方法可以包括在將第二物體壓靠至第一物體的過程中形成用于形狀配合連接的結(jié)構(gòu)，同時(shí)機(jī)械振動(dòng)被耦合到第二物體。

例如，第二物體可以包括多個(gè)可變形的腿部或可變形的凸緣，該可變形的凸緣作為可變形結(jié)構(gòu)在大體軸向方向上延伸。在該過程中，該可變形結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離軸向彎曲，使得在再凝固后形成底切。

使用這種變形原則的實(shí)施例可能具有的優(yōu)點(diǎn)在于，有效錨固區(qū)域可由于變形而大于由第二物體滲透的第一物體的表面區(qū)域部分，即與沒有變形的實(shí)施例相比，區(qū)域可能增大。

另一個(gè)可能的優(yōu)點(diǎn)在于，例如輕質(zhì)可變形材料可以用于可變形部分。特別地，可以使用可在該過程發(fā)生的溫度下變形，但是在室溫(或更一般地，組件將被使用的溫度)下顯示出明顯剛度的材料。例如，可變形部分可以是熱塑性材料，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度明顯高于形成流動(dòng)部分的第一物體熱塑性材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

在具有這種原則的具體實(shí)施例中，pbt(聚對苯二甲酸丁二醇酯)被用作為第一物體熱塑性材料，該材料在約180℃的溫度下變得可流動(dòng)，并且peek被用作為第二物體的包括可變形部分的那部分的材料。peek在180℃下不是液體/可流動(dòng)的，但180℃高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(約140℃)。

更一般地，在可變形部分包括熱塑性材料的實(shí)施例中，如果可變形部分的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在第一物體熱塑性材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱塑性材料變得充分可流動(dòng)的溫度之間可能是有利的。

在本文中，液化溫度或熱塑性材料變得可流動(dòng)的溫度被認(rèn)為是結(jié)晶聚合物的熔融溫度，而對于非晶態(tài)熱塑性塑料，有時(shí)將高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的非晶態(tài)熱塑性塑料變得充分可流動(dòng)的溫度稱為“流動(dòng)溫度”(有時(shí)被定義為可能進(jìn)行擠出的最低溫度)，例如粘度降至低于10⁴pa*s的溫度(在實(shí)施例中，特別是基本上不含纖維增強(qiáng)的聚合物，低于10³pa*s)。

為了施加對按壓力的反作用力，第一物體可以抵靠支撐件例如非振動(dòng)的支撐件放置。根據(jù)第一選擇，這樣的支撐件可以與第一物體被壓靠到的部位對面對的支承表面，即部位的遠(yuǎn)側(cè)。該第一選擇可能是有利的，因?yàn)榧词沟谝晃矬w本身不具有足夠的穩(wěn)定性來承受按壓力，也可以進(jìn)行結(jié)合，而沒有實(shí)質(zhì)的變形甚至缺陷。

在包括在將第二物體壓靠至第一物體的過程中使第二物體變形的實(shí)施例中，支撐件可以包括輔助變形過程的成形特征。例如，支撐件可以被成形為具有成形突出部或成形凹陷，以分別引起可變形結(jié)構(gòu)的向外彎曲或向內(nèi)彎曲。

還有可能的是，該方法使用第一物體的熱塑性材料上的支撐件的冷卻效果，由此第一物體的熱塑性材料保持在較冷的溫度，因此在朝支撐件的界面處保持更堅(jiān)固。因此，可變形結(jié)構(gòu)將變形，從而不會(huì)太靠近支撐件的界面。

根據(jù)第二選擇，可例如通過沿側(cè)面或類似物保持第一物體而露出第一物體的遠(yuǎn)側(cè)。該第二選擇具有如下優(yōu)點(diǎn)：遠(yuǎn)側(cè)表面將不受載，并且如果第二物體沒有到達(dá)遠(yuǎn)側(cè)，則遠(yuǎn)側(cè)表面將保持不受影響。

在實(shí)施例中，第一物體靠著支撐件放置，而在支撐件和第一物體之間沒有彈性或屈服元件，使得支撐件剛性地支撐第一物體。

在一組實(shí)施例中，第二物體包括內(nèi)部部分和外部部分，其間具有間隙。然后，第二物體的接合結(jié)構(gòu)可以包括內(nèi)部部分的外部結(jié)構(gòu)和/或外部部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和/或外部部分的外部結(jié)構(gòu)，并且引起流動(dòng)部分流動(dòng)的步驟包括使流動(dòng)進(jìn)入該間隙。

根據(jù)選擇，內(nèi)部部分和外部部分可以一起成為一體件。

在一組實(shí)施例中，第二物體包括第一材料的第一部分和第二材料的第二部分。這組實(shí)施例例如有可能節(jié)省成本，如果第一部分包括臨界部段(例如用于將另一元件連接到第一和第二物體的組裝件的螺紋或其它結(jié)構(gòu))，其由高質(zhì)量建筑材料制成，例如不銹鋼、鈦、鋁、銅等，而第二部分可以包括較低成本的材料，并且主要用于相對于第一物體穩(wěn)定第二物體。

特別地，如果第二物體包括內(nèi)部部分和外部部分，則內(nèi)部部分可以是第一材料，而外部部分可以是第二材料。因此，通過將流動(dòng)部分流入間隙，除了結(jié)合到第一物體之外，第二物體本身也被穩(wěn)定。

包括第一材料的第一部分和第二材料的第二部分的實(shí)施例可以例如包括具有可變形部分的上述組的實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，可變形部分例如可屬于第二材料的第二部分，并且用于將另外的物體安裝到第一物體或用于其它功能的安裝結(jié)構(gòu)可以是其它的不可變形的材料，例如硬質(zhì)合金。

具有第一和第二材料的實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)(除了可選地包括具有上述優(yōu)點(diǎn)的可變形部分之外)是它們提供使用輕質(zhì)和/或低成本材料用于第二物體的耗盡許多空間(例如，在上述意義上產(chǎn)生足夠大的區(qū)域)的那些部分的可能性，同時(shí)保持具有足夠穩(wěn)定/剛性的功能件的可能性，該功能件例如具有由第一部分構(gòu)成的螺紋或其它功能結(jié)構(gòu)。

如果第二材料本身能夠變形并且可能能夠在第一物體材料的液化溫度以上的溫度下流動(dòng)，則該方法可具有另外的優(yōu)點(diǎn)，即第一和第二部分可以任選地在現(xiàn)場組裝，如果它們最初沒有彼此連接或只是松散連接。例如，第二材料可以相對于第一材料流動(dòng)以例如以形狀配合的方式使第一部分的一部分嵌入。

在一組實(shí)施例中，第二物體可以構(gòu)成用于將另外的物體安裝到第一物體的安裝件(安裝支柱、安裝插頭等)。特別地，上述種類的內(nèi)部部分可以包括諸如螺紋或卡口裝配結(jié)構(gòu)或引導(dǎo)襯套或卡扣結(jié)構(gòu)等的安裝結(jié)構(gòu)。外部部分可以用作用于緊固安裝結(jié)構(gòu)的緊固凸緣。與現(xiàn)有技術(shù)的緊固凸緣相比，該方法具有很大的優(yōu)點(diǎn)：

-代替提供緊固凸緣并將緊固元件安裝到緊固凸緣的兩個(gè)單獨(dú)步驟，整個(gè)結(jié)構(gòu)可以在一個(gè)單一步驟中被附接。

-安裝件的定位可以可選地直接在另外完成的第一物體上進(jìn)行，例如在后者已經(jīng)相對于其它部分放置之后和/或例如在另外的物體的存在時(shí)進(jìn)行。因此，在第一物體本身的制造期間，不需要精確的對準(zhǔn)步驟。因此，相對于最終產(chǎn)品的定位的精度可能會(huì)急劇增加。

-由于根據(jù)本發(fā)明的方法，安裝結(jié)構(gòu)的錨固在第一物體相當(dāng)薄的情況下和/或第一物體的另一個(gè)遠(yuǎn)側(cè)表面需要保持不受影響的情況下也是有效的。這與上述現(xiàn)有技術(shù)的方法形成對比，其中包括將金屬體(螺紋襯套等)插入熱塑性物體中。

特別是，在實(shí)施例中，第二物體包括近側(cè)主體，并且在其遠(yuǎn)側(cè)處具有在按壓步驟中被壓入第一物體中的多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)延伸部。特別地，遠(yuǎn)側(cè)延伸部可以包括至少一個(gè)外部延伸部和至少一個(gè)內(nèi)部延伸部。

例如，近側(cè)主體可包括上述第二材料上的一部分，并且在其中嵌入第一材料的一部分，在使熱塑性材料再凝固的步驟之后第一材料的該部分也可以從近側(cè)接近，并且可以具有安裝結(jié)構(gòu)。第一材料的該部分可以向遠(yuǎn)側(cè)延伸以形成至少一個(gè)遠(yuǎn)側(cè)延伸部(例如中心突出部)或者可以限制在近側(cè)。

在一組實(shí)施例中，第一物體是平坦物體如聚合物板，例如聚合物蓋。

第二物體與第一物體之間的結(jié)合可以具有兩個(gè)物體之間的結(jié)合的任何目的。例如，在汽車或航空工業(yè)中，該結(jié)合可以是塑料的結(jié)構(gòu)元件(第一物體)和金屬或復(fù)合材料結(jié)構(gòu)元件之間的結(jié)合。

在一組實(shí)施例中，第二物體可以是第一物體中的用于將另外的元件緊固到其上的錨固件。

在另一組實(shí)施例中，第二物體可以是通過本文所述的方法將另外的第三物體結(jié)合到第一物體的連接件。因此，這些實(shí)施例涉及：

一種通過將第二物體結(jié)合到第一物體并由此將第三物體固定到第一物體而將第三物體連接到第一物體的方法，該方法包括以下步驟：

-提供第一物體，第一物體包括固態(tài)的熱塑性液化材料；

-提供第三物體；

-提供第二物體，第二物體包括表面部分，所述表面部分具有帶底切的接合結(jié)構(gòu)和/或能夠被變形以包括帶底切的這種接合結(jié)構(gòu)，由此第二物體能夠形成與第一個(gè)物體的形狀配合連接；

-相對于第一物體排列第三物體，

-通過工具將第二物體壓靠在第一物體上，該工具與第二物體的耦合輸入結(jié)構(gòu)物理接觸，同時(shí)機(jī)械振動(dòng)被耦合到該工具中，

-繼續(xù)按壓和將振動(dòng)耦合到工具中的步驟，直到第一物體的熱塑性材料的流動(dòng)部分液化并流入第二物體的接合結(jié)構(gòu)，

-使第一物體的熱塑性材料再凝固，以通過液化和再凝固的流動(dòng)部分與接合結(jié)構(gòu)相互滲透以產(chǎn)生第一和第二物體之間的形狀配合連接，

-其中執(zhí)行將所述第二物體壓靠所述第一物體的步驟，直到所述第二物體與所述第三物體物理接觸并將所述第三物體固定到所述第一物體。

特別地，在相對于第一物體布置第三物體的步驟中，第三物體可以放置在第一物體的近側(cè)，并且在布置的步驟之后，可以使第二物體滲透第三物體直到其遠(yuǎn)側(cè)部分到達(dá)第一物體以使第二物體被壓靠在第一物體上。

例如，為此，第三物體可以是可液化的熱塑性材料或者其它可滲透的材料，以使第二物體滲透穿過第三物體直到其遠(yuǎn)側(cè)部分到達(dá)第一物體。

此外，除了與第一物體的連接之外，還可能以與第三物體形成形狀配合連接的方式來布置第二物體的接合結(jié)構(gòu)。

另外地或替代地，第三物體可以包括孔，第三物體的遠(yuǎn)側(cè)部分通過該孔被引導(dǎo)到達(dá)第一物體。

為了將第三物體固定在第一物體上，第二物體可以包括頭部或者橋部，該頭部或者橋部靠在第三物體的面向近側(cè)的表面部分上，而第二物體的遠(yuǎn)側(cè)部分被錨固在第一物體中。

另外地或替代地，如果第三物體包括熱塑性材料，除了與接合結(jié)構(gòu)相互滲透的第一物體的材料之外，第二物體和第三物體之間的形狀配合連接還可以由第三物體的材料滲透進(jìn)入第二物體的結(jié)構(gòu)造成。

另外或替代地，第三物體的熱塑性材料可以通過第二物體被壓入第三物體和第一物體的組裝件的作用而被焊接到第一物體的熱塑性材料上，或者第三物體的熱塑性材料可以以不混合的方式與第一物體的可流動(dòng)材料互相滲透以在再凝固之后產(chǎn)生機(jī)械和/或粘合連接。

甚至可以選擇使結(jié)合到第一物體上的第三物體的材料包括彈性體材料或其它材料，即使這樣的材料不可液化，并且即使沒有預(yù)先制造的開口。特別地，第二物體的切割部分可以刺穿第三物體的一部分，直到與其遠(yuǎn)側(cè)放置的第一物體接觸。

以這種方式(將不可熔或可熔化的軟材料結(jié)合到熱塑性第一物體上)，硬質(zhì)和軟質(zhì)材料(例如不能在硬/軟注射成型中一起加工)之間的連接變得可能。一個(gè)例子是將阻尼墊(第三物體)與諸如熱塑性片材的熱塑性第一物體的結(jié)合。

在一組實(shí)施例中，第二物體在表面處包括在按壓和振動(dòng)期間與第一物體直接接觸的結(jié)構(gòu)，其作為能量導(dǎo)向件，例如邊緣或尖部。對于超聲波焊接以及wo98/42988或wo2008/080238中描述的“木材熔接(woodwelding)”工藝而言，能量導(dǎo)向件是已知的，它們通常存在于待液化的材料的物體上。然而，本發(fā)明的實(shí)施例通過在不液化但通過液化材料相互穿透的材料上提供能量導(dǎo)向件來反轉(zhuǎn)這一點(diǎn)。

本發(fā)明還涉及一種用于在本文中描述的方法中用于固定至包括熱塑性材料的第一物體的連接元件。更具體地，參考該方法描述和/或要求保護(hù)的第二物體的任何性能可以是連接元件的性能，反之亦然。

在本文中，表述“能夠例如通過機(jī)械振動(dòng)使其流動(dòng)的熱塑性材料”或簡稱“可液化的熱塑性材料”或“可液化材料”或“熱塑性材料”被用于描述包括至少一種熱塑性組分的材料，當(dāng)加熱時(shí)，特別是當(dāng)通過摩擦加熱時(shí)，即當(dāng)布置在彼此相互接觸并相對于彼此振動(dòng)地移動(dòng)的一對表面(接觸面)中的其中一個(gè)表面時(shí)，該材料變成液體(可流動(dòng)的)，其中振動(dòng)的頻率具有上文所述的特性。在某些情況下，例如如果第一物體本身必須攜帶大量的負(fù)載，那么材料的彈性系數(shù)大于0.5gpa可能是有利的。在其它實(shí)施例中，彈性系數(shù)可以低于該值，因?yàn)榈谝晃矬w熱塑性材料的振動(dòng)傳導(dǎo)性能在該過程中不起作用，因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)通過工具直接傳遞到第二物體。

熱塑性材料在汽車和航空工業(yè)中是眾所周知的。為了根據(jù)本發(fā)明的方法，可以使用特別適用于這些行業(yè)中已知的熱塑性材料。

適用于根據(jù)本發(fā)明的方法的熱塑性材料在室溫下(或在該方法進(jìn)行的溫度下)是固體的。它優(yōu)選地包括聚合相(特別是基于c、p、s或si鏈)，其從固體轉(zhuǎn)化為液體或在臨界溫度范圍以上是可流動(dòng)的，例如通過熔融，并且當(dāng)再次冷卻到臨界溫度范圍之下時(shí)，例如通過結(jié)晶，其中固相的粘度比液相高幾個(gè)數(shù)量級(至少三個(gè)數(shù)量級)。熱塑性材料通常將包括不交聯(lián)共價(jià)地或交聯(lián)的聚合物組分，在加熱至或高于熔融溫度范圍時(shí)交聯(lián)結(jié)合可逆地開啟。聚合物材料還可以包括填料，例如纖維或材料顆粒，其不具有熱塑性能或具有包括顯著高于堿性聚合物的熔融溫度范圍的熔融溫度范圍的熱塑性能。

在本文中，通常“非液化”材料是在過程中達(dá)到的溫度下不會(huì)液化的材料，特別是在第一物體的熱塑性材料液化的溫度下。這并不排除非液化材料能夠在過程中未達(dá)到的溫度下能夠液化的可能性，通常該未達(dá)到的溫度高于熱塑性材料的液化溫度或在過程中熱塑性材料被液化的溫度(例如至少80℃)。液化溫度是結(jié)晶聚合物的熔融溫度。對于非晶態(tài)熱塑性塑料，液化溫度(本文中也稱為“熔融溫度”)是高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度，在該溫度下，其變得充分可流動(dòng)，有時(shí)稱為“流動(dòng)溫度”(有時(shí)稱為最低溫度，擠出該溫度下是可能的)，例如，熱塑性材料的粘度降至低于10⁴pa*s(在實(shí)施例中，特別是基本上不含纖維增強(qiáng)的聚合物，低于10³pa*s)的溫度。

例如，非液化材料可以是金屬例如鋁或鋼，或木材，或硬塑料，例如增強(qiáng)或不增強(qiáng)的熱固性聚合物，或具有熔融溫度(和/或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)顯著高于可液化部分的熔融溫度/玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的增強(qiáng)或不增強(qiáng)的熱塑性塑料，例如熔融溫度和/或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高至少50℃或80℃。

熱塑性材料的具體實(shí)施例是：聚醚酮(peek)，聚酯，例如聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚醚酰亞胺，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共聚物或這些的混合物。

在其中第一和第二物體都包括熱塑性材料的實(shí)施例中，這樣選擇材料使得第二物體材料的熔融溫度顯著高于第一物體材料的熔融溫度，例如高至少50°。合適的材料配對例如是用于第一物體的聚碳酸酯或pbt，以及用于第二物體的peek。

除了熱塑性聚合物之外，熱塑性材料還可以包含合適的填料，例如增強(qiáng)纖維，例如玻璃和/或碳纖維。纖維可以是短纖維。長纖維或連續(xù)纖維可以特別用于在過程中不液化的第一和/或第二物體的部分。

纖維材料(如果有)可以是已知的用于纖維增強(qiáng)的材料，特別是碳、玻璃、凱夫拉、陶瓷等、莫來石、碳化硅或氮化硅、高強(qiáng)度聚乙烯(dyneema)等。

不具有纖維形狀的其它填料也是可能的，例如粉末顆粒。

適用于根據(jù)本發(fā)明的方法的機(jī)械振動(dòng)或振蕩優(yōu)選地具有2至200khz(甚至更優(yōu)選10至100khz，或20至40khz)之間的頻率，并且每平方毫米的活性表面0.2至20w的振動(dòng)能量。振動(dòng)工具(例如超聲波發(fā)生器)例如被設(shè)計(jì)成使得其接觸面主要在工具軸線(縱向振動(dòng))的方向上振蕩，并且振幅在1和100μm之間，優(yōu)選地在30至60μm的范圍內(nèi)。這種優(yōu)選的振動(dòng)是例如由比如超聲波焊接已知的超聲波裝置產(chǎn)生的。

在本文中，術(shù)語“近側(cè)”和“遠(yuǎn)側(cè)”用于表示方向和位置，即“近側(cè)”是操作者或機(jī)器應(yīng)用機(jī)械振動(dòng)以結(jié)合的那側(cè)，而遠(yuǎn)側(cè)是相反側(cè)。在本文中，近側(cè)的連接件的擴(kuò)展部被稱為“頭部”，而在遠(yuǎn)側(cè)的擴(kuò)展部是“腳部”?！拜S”是在按壓步驟中沿其施加壓力的近遠(yuǎn)錨固軸線。在許多實(shí)施例中，機(jī)械振動(dòng)是相對于軸線的縱向振動(dòng)。

附圖說明

以下，參照附圖描述實(shí)施本發(fā)明的方式和實(shí)施例。這些附圖是示意性的。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的元件。除非另有說明，附圖示出了沿著平行于錨定軸的平面的橫截面(“垂直”橫截面)的視圖。附圖顯示了：

圖1a-1d示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的結(jié)合過程；

圖2是與第一實(shí)施例的過程類似的用于結(jié)合工程的替代配置；

圖3a和3b是具有替代的第二物體的結(jié)合過程；

圖4a是從第二物體遠(yuǎn)側(cè)觀看的視圖；

圖4b是類似于圖4a的第二物體的橫截面；

圖4c示出了圖4b的第二物體錨固在第一個(gè)物體中；

圖4d是第二物體的另一變型；

圖5a和5b是具有替代的第一和第二物體的結(jié)合過程；

圖6a-6d是根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)合過程；

圖7a是用于圖6a-6d的過程的混合第二物體；

圖7b是另一混合第二物體的局部橫截面；

圖7c是過程之后圖7c的第二物體的又一個(gè)局部橫截面；

圖7d是另一種混合的第二物體，可用于沒有任何腳部形成的結(jié)合過程；

圖8和9是第二物體的另外的實(shí)施例；

圖10是具有替代的第二物體的另一結(jié)合過程；

圖11-16是用于將第二物體結(jié)合到平坦的第一物體的另外的實(shí)施例；

圖17a-17b是具有可變形部分的第一物體與第一物體的結(jié)合過程；

圖18-20是這種過程的變型；

圖21a和21b示出通過第二物體將第三物體結(jié)合到第一物體；

圖22和23是用于這種結(jié)合過程的替代的第二物體；

圖24a和24b是用于形成又一個(gè)第二物體的半成品的俯視圖，以及通過其形成的第二物體的截面圖；

圖25和26是又一個(gè)另外的第二個(gè)物體的視圖；

圖27是穿過另外的第二物體的示意性水平截面；

圖28是這種第二物體的帽元件的仰視圖；

圖29a和29b是將泡沫材料結(jié)合到熱塑性第一物體上的過程；

圖30是用于將第二物體結(jié)合到第一物體的另外的布置；

圖31是第二物體的變型；

圖32是將第二物體結(jié)合到第一物體的更進(jìn)一步的過程；

圖33、34和35是該過程的變型；

圖36是用于結(jié)合到第一物體的其它第二物體；和

圖37是用于結(jié)合到第一物體的另外的第二物體。

具體實(shí)施方式

圖1a描繪了本發(fā)明的實(shí)施例的基本設(shè)置。第一物體1由熱塑性材料組成，例如致密的或發(fā)泡的聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)，或聚碳酸酯或丙烯腈丁二烯苯乙烯或任何其它在室溫下為固體的熱塑性聚合物并且例如具有小于250℃的熔融溫度。

第二物體例如是金屬或塑料(熱固性或熱塑性)。如果第二物體是可液化的，其液化溫度使得其在第一熱塑性材料可流動(dòng)的溫度下不可流動(dòng)。例如，第二物體材料的熔融溫度比第一材料的熔融溫度高至少50℃或至少80℃。

第二物體具有能夠在第一物體流動(dòng)之后與第一物體的材料進(jìn)行形狀配合連接的結(jié)構(gòu)。更具體地，第二物體具有相對于軸向(軸線10)帶有底切的表面部分。例如，表面結(jié)構(gòu)包括在非軸向方向上延伸的至少一個(gè)肋4或至少一個(gè)隆起。在所描繪的實(shí)施例中，第二物體被假設(shè)為圍繞軸線10旋轉(zhuǎn)對稱，并且包括在其間形成有槽5的多個(gè)周向肋4。

在遠(yuǎn)端，第二物體具有尖部3，并且在近側(cè)處，頭部6形成用于機(jī)械振動(dòng)的面向近側(cè)的耦合面。

超聲波發(fā)生器7用于將第二物體壓靠至第一物體，同時(shí)將機(jī)械振動(dòng)耦合入第二物體。如圖1b所示，第一物體的材料的液化從尖部3的界面開始。將第二物體持續(xù)按壓入第一物體將導(dǎo)致第二物體相對于第一物體在空心箭頭的方向上移動(dòng)。出現(xiàn)第一物體的已液化的熱塑性材料的流動(dòng)11。

圖1c顯示了過程結(jié)束時(shí)的配置。因?yàn)榈谝晃矬w只在第二物體的表面附近被液化，而將在其它地方保持固態(tài)并因此顯示出一定的剛度，已液化的材料不能任意擴(kuò)散，將第二物體按壓入第一物體將在第一物體上產(chǎn)生一定的流體靜壓力，并且這將導(dǎo)致流動(dòng)11立即填充諸如槽5的底切結(jié)構(gòu)。

在振動(dòng)停止之后，已液化的熱塑性材料將再次凝固，使第二物體牢固地錨固在第一物體中(圖1d)。

圖1d還示出了滲透深度dp和混合區(qū)的深度di(相互滲透深度)，后者是流動(dòng)部分從第二物體的最外表面開始滲入的深度，這里混合區(qū)的深度di對應(yīng)于槽5的深度。從圖1d可以看出，在具有深度有效錨固的這些實(shí)施例中，滲透深度基本上大于混合區(qū)的深度。

圖1d還示出了滲入第一物體的第二物體的部分的寬度w。顯然，該寬度小于滲透深度，這也是深度有效錨固的實(shí)施例的另外可能的特征。

在此和在本文中所描述的其它實(shí)施例中的第二物體可以具有用作連接件、(螺母、螺栓等的)導(dǎo)孔、襯套、其它連接器等的功能。

在圖1a-1d中，假設(shè)第二物體2被推動(dòng)穿過第一物體1的表面(如果在第一物體的頂部放置另外的第三物體，則適用于類似的考慮，如下文更詳細(xì)討論，例如參考圖21a/21b；圖29a/29b，圖30)。在該過程中，對應(yīng)于第二物體的錨固部分(這里：軸，即不帶頭部6的第二物體)的體積被例如朝向近側(cè)方向被移位和/或引入第二物體導(dǎo)致整個(gè)第一物體的輕微變形。

在以下情況下：

-這種移位和/或變形是不期望的并且被保持在最低限度，和/或

-由于第二物體的形狀/尺寸和/或第一物體的阻力，難以將第二物體推動(dòng)穿過第一物體的表面，和/或

-引入期間僅通過超聲波發(fā)生器和/或外部機(jī)構(gòu)引導(dǎo)第二物體是困難的，

可以選擇，在將第二物體壓靠至第一物體的步驟之前，提供具有孔20的第一物體。這在圖2中又示意性地示出。

對于孔的直徑dh，可以進(jìn)行以下考慮(不僅對于如圖2所示的形狀，而且通常對于第二物體的在過程中被壓入孔中的那部分)：

-孔的直徑dh應(yīng)小于第二物體的錨固部分的突出結(jié)構(gòu)(所示實(shí)施例中的肋5)的外徑d2。這種原理的例外可以想到是非圓周對稱的形狀。

-在大多數(shù)實(shí)施例中，應(yīng)該這樣選擇孔的直徑dh，使得孔的體積等于或小于由錨固部分占據(jù)的體積。換句話說，應(yīng)當(dāng)這樣選擇這些實(shí)施例中的孔直徑，使得第一物體熱塑性材料的被移位部分的體積大致等于或大于移位體積可以流動(dòng)進(jìn)入的結(jié)構(gòu)的體積。然而，特別是在其中接合結(jié)構(gòu)由第二物體的開放多孔結(jié)構(gòu)限定的實(shí)施例中，可流動(dòng)材料克服某些阻力流入其中，這不一定是必須的。

-根據(jù)要求和材料性質(zhì)，孔的直徑dh可以選擇為大致對應(yīng)于錨固部分的較小直徑d1(如果限定的話，這里較小的直徑對應(yīng)于槽的軸向位置處的直徑)或小于后者，或大于后者(但不大于外徑d2)。

在本文描述的不同實(shí)施例中，遠(yuǎn)側(cè)尖部3或邊緣以及接合結(jié)構(gòu)的肋或其它突出特征的邊緣用作用于液化熱塑性材料的能量導(dǎo)向件。

本文描述的實(shí)施例示出了作為單獨(dú)的零件的超聲波發(fā)生器7(或“喇叭”)，其被壓靠在第二物體的面向近側(cè)的耦合面上。

然而，特別是在第二物體是金屬的實(shí)施例中，第二物體可以是直接耦合到振動(dòng)產(chǎn)生裝置的超聲波發(fā)生器。例如可以設(shè)置有近側(cè)螺紋或卡口接合結(jié)構(gòu)或用于緊固到振動(dòng)產(chǎn)生裝置的相應(yīng)耦合面的類似物。

盡管圖1a-2的實(shí)施例被假定成具有關(guān)于軸線10的旋轉(zhuǎn)對稱性，這不是必要條件。相反，甚至有利的是特別提供使錨固部分具有偏離圓周對稱性的結(jié)構(gòu)，如下所述。

圖3a和3b還示出了其中第二物體2具有內(nèi)部部分21和外部部分22且其間具有間隙23的實(shí)施例。接合結(jié)構(gòu)沿著內(nèi)部部分的外部表面和/或外部部分的內(nèi)部表面和/或外部部分的外部表面限定。在所示的實(shí)施例中，接合結(jié)構(gòu)(在它們之間限定凹槽的多個(gè)周向延伸的肋)僅沿內(nèi)部部分的外部表面存在。

當(dāng)?shù)诙矬w被壓入第一物體且第一物體的熱塑性材料被液化時(shí)，部分已液化的材料流入間隙(如圖3b中的流動(dòng)11)。除了將第二物體錨固在第一物體之外，在完成該過程之后，該材料還將使內(nèi)部部分和外部部分相對于彼此被穩(wěn)定。

以下選項(xiàng)適用：

-內(nèi)部部分和外部部分可以一起成為一體件，或者它們可以由分立件構(gòu)成，如圖3a和3b所示。

ο在后一種情況下，它們可以可選地由不同的材料制成。例如，如果第二物體是用于將某物緊固到第一物體上的緊固件，則內(nèi)部部分可以是金屬，而外部部分可以是較輕的、稍軟的材料，例如具有比第一物體材料更高的熔融溫度(液化溫度)的塑性材料。這包括外部部分的材料是第一物體材料的液化溫度高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的材料的可能性，使得其可變形，該變形有助于錨固，如上所述和在下文中參考圖17a-20更詳細(xì)地解釋的。

ο如果內(nèi)部部分和外部部分是分立件，則它們都可以到達(dá)面向近側(cè)的耦合面，或者如所示的實(shí)施例中它們中僅一個(gè)到達(dá)耦合面。在所描繪的實(shí)施例中，振動(dòng)經(jīng)由外部部分耦合到內(nèi)部部分。

-類似于圖2，在將第二物體壓靠至第一物體的步驟之前，可以在第一物體中制造孔。這樣的孔可以例如僅用于內(nèi)部部分?；蛘撸灿锌赡転榈诙矬w的相應(yīng)部分制造帶有內(nèi)孔部分和例如圓柱形外孔部分的孔。

-內(nèi)部部分21和/或外部部分22可以圍繞軸線(插入軸線/錨固軸線)旋轉(zhuǎn)對稱，或者其結(jié)構(gòu)可能偏離這種對稱性。

-圖3a和圖3b的實(shí)施例也可以在第一物體中具有孔，類似于圖2所示的孔20。根據(jù)之前圖2的討論，孔直徑可以選擇為適合于芯部21的尺寸。

盡管圖3a/3b的實(shí)施例中的第一和第二部分21、22被示出為預(yù)組裝的，通常在兩部分不是一體的實(shí)施例中，這些部分可以在現(xiàn)場組裝，例如通過連接這些部分的第一物體的材料和/或在過程中已經(jīng)變得可變形的第二部分的材料或通過其它特征。

在圖3a/3b中，這些部分在被錨固之前被組裝，并且流動(dòng)部分填充它們之間的間隙23，具有在部分21、22之間產(chǎn)生附加的結(jié)合穩(wěn)定性的作用。

對于內(nèi)部部分21和外部部分22之間的間隙，應(yīng)當(dāng)存在0.1mm的最小寬度以使熱塑性材料能夠流入。

圖4a示出了其中第二物體具有例如鋼的金屬內(nèi)部部分21和塑料的外部部分22(例如peek)的實(shí)施例的視圖。圖4a的實(shí)施例具有可以一起存在但也可以單獨(dú)或組合地實(shí)現(xiàn)的以下特征：

-中心部分具有自遠(yuǎn)端延伸的管部段(這包括其完全為管狀的可能性)。

ο中心部分包括內(nèi)螺紋26或其它結(jié)構(gòu)。如果管部段延伸到近端，則內(nèi)螺紋還可以延伸到近端，并且可以在錨固之后用于將另外的物體安裝到第二物體。

-內(nèi)部部分的接合結(jié)構(gòu)不是旋轉(zhuǎn)對稱的，而是包括可引導(dǎo)材料流動(dòng)的軸向通道24。

ο在實(shí)施例中，這種軸向通道24比引起形狀配合連接的周向槽5更深，以作為材料分配通道。

-外部部分22不是圓形對稱的，而是包括遠(yuǎn)側(cè)終止在邊緣或尖部的多個(gè)外部軸向突出部。

圖4a的實(shí)施例是其中第二物體形成近側(cè)體(或頭部)29的實(shí)施例的例子，其中遠(yuǎn)側(cè)突出部自其延伸。所示實(shí)施例中的遠(yuǎn)側(cè)突出部由腿狀延伸部28(外部突出部)和第一部分21的遠(yuǎn)側(cè)部分(內(nèi)部突出部)形成；周向延伸的構(gòu)造，例如裙?fàn)钔獠客怀霾恳彩强赡艿摹?/p>

在上述實(shí)施例中，通過使第二物體設(shè)置有沿著錨固軸線延伸的錨固部分，并且在一些實(shí)施例中借助于第一物體中的孔，第二物體以深度有效的方式被錨固。這些實(shí)施例可以具有第一物體的已液化的材料可以流入的多個(gè)結(jié)構(gòu)元件(例如槽5)，該結(jié)構(gòu)元件彼此軸向間隔開，例如沿軸桿和/或管或類似物布置。

在圖4b的變型中，預(yù)組裝金屬內(nèi)部部分21與塑料外部部分22。為了增加該預(yù)組裝件的穩(wěn)定性，內(nèi)部部分21的結(jié)構(gòu)4向近側(cè)延伸入近側(cè)主體29的區(qū)域并被鑄入外部部分22的材料。

在將第二物體2結(jié)合到第一物體1的過程之后，近側(cè)主體29的有效高度h高于其初始物理軸向延伸，因?yàn)闊崴苄圆牧系牧鲃?dòng)部分已經(jīng)填充了內(nèi)部部分和外部部分(回流)之間的間隙23(圖4c)。如果所示的這樣使中心開口向遠(yuǎn)側(cè)開放，則一定的回流也將發(fā)生在內(nèi)部部分21的中心開口中。如果要防止這種回流，則可以例如通過尖狀的端部元件在遠(yuǎn)側(cè)封閉開口。

如圖4c所示的過程后的狀態(tài)很好地示出了外部部分21如何用作另外的物體的安裝件，其中外部部分22代替現(xiàn)有技術(shù)的安裝凸緣，其中外部部分可以是輕質(zhì)的、低成本的材料，并且還對連接增加了相當(dāng)大的機(jī)械穩(wěn)定性，特別是相對于緊固在內(nèi)部部分21(螺紋26上)的物體上的角運(yùn)動(dòng)。

如果需要，如果外部部分設(shè)置有由熱塑性材料的流動(dòng)部分嵌入以產(chǎn)生另一個(gè)形狀配合連接的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(槽或類似物)，則可以提供關(guān)于軸向力的額外穩(wěn)定性。

在圖4b和圖4c所示的構(gòu)型中，內(nèi)部部分21的遠(yuǎn)側(cè)和外部部分22的突出部28的遠(yuǎn)端被描繪為延伸到大致相同的軸向深度(底線被示出為處于相等高度)。這不是必要條件。相反，根據(jù)要求，通?？梢员舜霜?dú)立地選擇由內(nèi)部部分21形成的內(nèi)部突出部的軸向延伸和一個(gè)/多個(gè)外部突出部的軸向延伸。例如，內(nèi)部部分21可以比外部部分的一個(gè)或多個(gè)突出部28延伸得更遠(yuǎn)，或者它可以延伸得不如后者遠(yuǎn)。

在特定實(shí)施例中，它甚至未延伸到由在組裝狀態(tài)下的近側(cè)表面所限定的平面(圖4c，到達(dá)箭頭h的底部的平面)，以使其不被壓入第一物體，而是僅嵌入在由于按壓力(流動(dòng)部分的回流)已經(jīng)朝向近側(cè)流動(dòng)的可流動(dòng)熱塑性材料中。

圖4d還示出了第一(內(nèi)部)部分221未到達(dá)第二物體的遠(yuǎn)端的變型。相反，塑料材料的第二部分222包括(兩個(gè))至少一個(gè)遠(yuǎn)側(cè)突出部28和至少一個(gè)內(nèi)部(中心)遠(yuǎn)側(cè)突出部27。如前述實(shí)施例中，第二物體可以相對于圍繞軸線10的旋轉(zhuǎn)圓周對稱，或者可以具有分立的多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)突出部(如圖4a所示)。

相比之下，如果第一物體是平坦的，圖5a和5b的實(shí)施例也適用于相對于第一物體錨固第二物體。為此，第二物體包括用于已液化的材料流入的多個(gè)結(jié)構(gòu)元件，該結(jié)構(gòu)元件彼此橫向間隔開，即沿著平面延伸，該平面在錨固期間平行于第一物體的表面平面。至少一些結(jié)構(gòu)元件限定出底切。

具體地說，在圖5a和圖5b的實(shí)施例中，第二物體包括多個(gè)凹陷35，其在橫截面中具有中心角大于180°的圓形段的形狀，從而產(chǎn)生底切。凹陷35可以如槽那樣沿著垂直于繪圖平面的平面延伸，或者它們可以以其它形狀和構(gòu)造存在。

如圖5b所示，按壓和將振動(dòng)耦合到工具中的步驟將導(dǎo)致液化在第一和第二物體之間的界面處表層地開始，此后已液化的熱塑性材料將流入凹陷，從而由于底切而在再凝固之后將第二物體緊固至第一物體。

圖5b中示意性地示出了本實(shí)施例和本發(fā)明的其它實(shí)施例的另一個(gè)可選特征。當(dāng)?shù)诙矬w被壓靠在第一物體上時(shí)，反作用力會(huì)作用在第一物體上。在許多實(shí)施例中，該反作用力將由其上放置有第二物體的非振動(dòng)支撐件施加，例如通過工作臺(tái)或地板或?qū)Ｓ弥渭┘印Ｔ谝恍┣闆r下，這種非振動(dòng)的支撐件將被布置成使得第一物體的處于第二物體正下方的部分(更一般地，使得第一物體的從第一和第二物體之間的界面向遠(yuǎn)側(cè)延伸的部分)被支撐。但這不一定是必須的。在圖5b中，支撐結(jié)構(gòu)41這樣位于第二物體的正下方使得不存在對第一物體的支撐，即露出第一物體的遠(yuǎn)側(cè)。這在第一物體的遠(yuǎn)側(cè)表面具有明確限定的形狀或必須不受結(jié)合過程影響的其它性能的情況下可能是有利的。

露出第一物體的自與第二物體的界面處向外側(cè)的遠(yuǎn)側(cè)表面的特征與參照圖5b描述的其它特征無關(guān)，即也可以在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，并且圖5a和5b的實(shí)施例也可以在遠(yuǎn)側(cè)表面被支撐的布置中被執(zhí)行。

在圖5a和5b的實(shí)施例中，作為平面結(jié)合的示例，混合區(qū)的深度di大于第二物體滲入第一物體的滲透深度dp。這很好地示出了這些實(shí)施例尤其適合于將第二物體結(jié)合到平坦的第一物體或不能深度有效錨固的其它物體上的事實(shí)。然而，這些實(shí)施例也不具有上述粘合劑結(jié)合的缺點(diǎn)。

在至少一個(gè)橫向尺寸上并且通常在兩個(gè)橫向尺寸上的平面結(jié)合的實(shí)施例中的混合區(qū)的結(jié)合的寬度w明顯大于滲透深度，這是平面結(jié)合的另外的可能特征。

關(guān)于圖6a-6d，還描述了組合的結(jié)合過程。假設(shè)第二物體2具有與參考圖1a-2所述的形狀相似的形狀，其中錨固部分包括多個(gè)突出部和突出部之間的凹陷。第二物體包括熱塑性材料，其液化溫度明顯高于第一物體的液化溫度。例如，第二物體可由peek制成，而第一物體由pbt或聚碳酸酯制成。

第一物體包括第二物體被錨固在其中的通孔20。

為此，在圖6b所示的第一階段中，第二物體被壓靠在第一物體上，同時(shí)機(jī)械振動(dòng)被耦合到其中，直到第一物體的熱塑性材料開始液化，使得第二物體朝向遠(yuǎn)側(cè)方向前進(jìn)，同時(shí)第一物體的熱塑性材料的流動(dòng)11進(jìn)入第二個(gè)元件的凹陷5。

在該實(shí)施例中，第一物體抵靠放置的支撐件42包括當(dāng)?shù)谝晃矬w緊靠該支撐件時(shí)形成空腔44的模具部分。第二物體具有多余的長度，使得在該過程的某個(gè)階段，在頭部6的朝向遠(yuǎn)側(cè)的止擋面緊靠第一物體之前，錨固部分的遠(yuǎn)端緊靠支撐件42。此后，進(jìn)一步施加按壓力和機(jī)械振動(dòng)并且可能加強(qiáng)，直到第二物體2的熱塑性材料也變得可流動(dòng)(圖6c中的流動(dòng)51)并填充空腔。這將導(dǎo)致第二物體通過另外的鉚釘效應(yīng)(圖6d)借助頭部6和腳部52被結(jié)合到第一物體。

除了有助于錨固之外，第一物體的熱塑性材料已經(jīng)流入第二物體的結(jié)構(gòu)的事實(shí)也導(dǎo)致密封效果。

而在圖6a-6d的實(shí)施例中以及在其它實(shí)施例中，假設(shè)第一和第二物體基本上是均勻的，這不是必須的。相反，第一和/或第二物體可以是不同材料的混合組成部分。為了說明的目的，圖7a描繪了一個(gè)實(shí)施例，其中第二物體2例如在參照圖6a-6d所示過程中被結(jié)合到第一物體，該第二物體包括金屬部分61和遠(yuǎn)側(cè)塑料部分62例如peek。

在圖7b所示的變型中，遠(yuǎn)側(cè)塑料部分62是以形狀配合方式連接到金屬部分61的鞘元件。圖7c示出了過程之后的情況，塑料部分62的變形部分形成腳部52，如上所述。

具有附加鉚釘效應(yīng)的組合結(jié)合過程的實(shí)施例也特別適用于將另一物體結(jié)合到第一物體上，由第二物體構(gòu)成的鉚釘狀連接件將第一和另外的物體彼此固定，如參考其它實(shí)施例在下文中更詳細(xì)地解釋。

圖7d還示出了具有金屬部分61和塑料部分62的混合第二物體2，其也可以適合作為在上述類型的過程中的連接件，例如參考圖1a-1d或2。

圖8示出了第二物體2的另外的實(shí)施例。類似于如圖3a和3b兩件式的實(shí)施例，它包括內(nèi)部部分21和外部部分22，第一物體的熱塑性材料可以在其之間流動(dòng)。更特別地，內(nèi)部部分21是軸狀的，其具有相對于軸向方向形成底切的外部結(jié)構(gòu)4、5。另外地或替代地，外部部分21具有面向內(nèi)的結(jié)構(gòu)，例如形成底切的所示槽71。

在所描繪的實(shí)施例中，第二物體是形成內(nèi)部部分21和外部部分22的一體件。在如圖4a、4b、4、8中的實(shí)施例的間隙23可以被看作是開向包圍中心突出部21遠(yuǎn)側(cè)的開口。

與僅具有一個(gè)銷狀軸的實(shí)施例相比，由于內(nèi)部部分和外部部分之間的相互作用，具有內(nèi)部部分和外部部分的實(shí)施例帶來額外的錨固穩(wěn)定性，特別是如果第一物體的熱塑性材料相當(dāng)軟或薄或脆。

在圖9的實(shí)施例中，第二物體2包括例如固體金屬材料的主體73和諸如金屬泡沫或金屬網(wǎng)的開放多孔材料的相互滲透件74。該相互滲透件被固定到固體金屬材料。主體73形成面向近側(cè)的耦合輸入面的至少一部分，并且相互滲透件74形成與第一物體接觸的表面部分的至少一部分。由于機(jī)械振動(dòng)和按壓力的作用，熱塑性材料滲透入相互滲透件74，并且由于其開放的多孔結(jié)構(gòu)這形成底切，從而形成接合結(jié)構(gòu)。

圖10的實(shí)施例是具有面向內(nèi)的接合結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的例子。更具體地，第二物體2具有熱塑性材料滲透進(jìn)入的底切凹陷35。外部遠(yuǎn)側(cè)尖部或邊緣3用作能量導(dǎo)向件。由于遠(yuǎn)側(cè)邊緣3向外彎曲，第二物體的外表面75也與底切相對于軸向方向形成了接合結(jié)構(gòu)。圖10的實(shí)施例是參照圖5a和5b描述的原理的例子，其中混合區(qū)的深度超過被施加到用于點(diǎn)連接而不是平坦連接的元件的滲透深度。

圖11示出平坦連接的替代實(shí)施例，其中混合區(qū)的深度超過滲透深度。該實(shí)施例是優(yōu)化與第一物體的平坦連接的實(shí)施例的例子，其中連接的影響被最小化，例如由于第二物體2未直接附接到的表面部分(遠(yuǎn)側(cè)表面部分和/或圍繞第二物體的面向近側(cè)的表面部分)需要保持一定的質(zhì)量。類似于圖5a/5b結(jié)合原理是基于底切凹陷35。在圖11的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)了以下措施：

-第二物體2包括具有遠(yuǎn)側(cè)邊緣或尖部3的突出結(jié)構(gòu)36，其用作能量導(dǎo)向件，并且引起突出結(jié)構(gòu)周圍液化的迅速開始。

-突出結(jié)構(gòu)的體積v1小于或等于熱塑性材料可以流入的凹陷(參見圖12)的體積v2。這里的體積v1、v2(圖12中的虛線)之間的分離深度被定義為對應(yīng)于第二物體被插入到第一物體中的深度，即，該虛線對應(yīng)于由第一物體的面向近側(cè)的表面限定出的水平。通過這種措施，可以確保對于被突出部分移位的熱塑性材料的所有部分，附近有可以流入的空間。因此，該方法具有最小的材料移位和因此最小的熱流。

-凹陷和突出部緊鄰彼此布置。即，在突出部36和凹陷36之間沒有間隔e(圖13)，或者這樣的間隔是最小的。此外，通過這種措施，材料流動(dòng)并因此熱流最小化。

在圖11的實(shí)施例中，所示結(jié)構(gòu)可以垂直于繪圖平面圓柱形地延伸?；蛘撸枷莼蛲怀霾靠梢允菆A形的或具有在兩個(gè)側(cè)向尺寸上受限的其它形狀，并且被布置為表面的圖案形式。例如，第二物體可以具有圓頂形(特別是球形的圓頂形)凹陷的規(guī)則布置，每個(gè)都由脊形突出部圍繞。或者山形突出部可以形成圖案，它們之間有槽狀的凹陷。還可能進(jìn)行分段和其它安排。

圖11還示出了混合區(qū)的深度大于滲透深度，在與第二物體的結(jié)合區(qū)域中，與物體的實(shí)際物理厚度d相比，增大了有效厚度deff。

在圖11的實(shí)施例中，由于尖部或邊緣形狀的突出部，錨固需要相對較大的深度。在替代配置中，可以進(jìn)行邊緣或尖部的能量導(dǎo)向作用和較小深度的要求之間的折中，例如通過使用如圖14所示的圓形突出部36。

其它橫截面形狀也是可行的，包括如圖15所示的更尖銳的形狀。根據(jù)所選擇的制造方法，這種形狀可能更易于通過諸如切割或銑削的方法被制造。更一般地，第一物體的制造可以包括材料去除方法以及鑄造方法，或者如上所述，使用開放的多孔結(jié)構(gòu)。

與例如圖11所示類型的第二物體2相比，對于如圖5a或還如圖16所示的具有大致平坦的遠(yuǎn)端面81的第二物體，能量沖擊和所需壓力更高。這類物體特別適用于錨固在非常薄的第一物體(如有機(jī)金屬片材料)中。該結(jié)合被優(yōu)化以最大化每穿透深度的強(qiáng)度，而通常第一物體的結(jié)合過程的影響高于圖11和其它實(shí)施例。

在上述實(shí)施例中，包括相對于軸向(近遠(yuǎn))方向的底切并從而使形成形狀配合連接成為可能的接合結(jié)構(gòu)是第二物體的預(yù)制性能。在下文中，描述了在該過程中通過變形形成這樣形式鎖定結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。

圖17a描繪了該原理的基本實(shí)施例。第二物體2包括主要部分90和自該主要部分90向遠(yuǎn)側(cè)延伸的多個(gè)可變形的腿部。第二物體的材料可以是這樣的，使腿部的塑性變形和/或腿部的彈性變形是可能的。在實(shí)施例中，第二物體由金屬制成，其中腿部是厚度足夠薄的片部分，以便在結(jié)合過程中施加的條件下可能進(jìn)行變形?；蛘?，第二物體可以是具有適當(dāng)選擇含量的增強(qiáng)物的聚合物基材料，或任何其它合適的材料或附聚物。

圖17b描繪了錨固在第一物體1中的第二物體2。在機(jī)械能的沖擊和按壓力下插入時(shí)的腿91被變形以向外擴(kuò)展，從而在再凝固之后產(chǎn)生接合結(jié)構(gòu)。

圖18示出了組合圖3a/b和17a/b的實(shí)施例的原理的實(shí)施例。除了包括具有可變形部分91(可變形腿部或其它可變形結(jié)構(gòu))的外部部分22之外，第二物體還包括在所示實(shí)施例中不可變形的內(nèi)部部分。

圖18還示出可獨(dú)立于圖18的構(gòu)型實(shí)施的另外兩個(gè)原理。

首先，實(shí)施例中的方法還包括將保持裝置93壓靠在處于第二物體附近的第一物體的近側(cè)面上，而第二物體結(jié)合到第一物體上(在圖18中，保持裝置僅顯示在左手側(cè)，但其也可以完全圍繞第二物體)。由此，避免了由將第二物體壓入第一物體中引起的凸起等(參考圖1b/1c)。

其次，類似于圖5、圖10、圖11等的實(shí)施例，該過程可以被執(zhí)行以引起材料回流到第二物體的內(nèi)部空間，這里是內(nèi)部部分和外部部分之間的空間。因此，在該過程中已經(jīng)流動(dòng)的熱塑性材料的最近部分在初始近端面的近側(cè)。如上所述，該回流增強(qiáng)了有效的錨固深度。在實(shí)施例中，所述類型的保持裝置90可以協(xié)助該過程，因?yàn)槠湓诘诙矬w周圍保持壓力，從而使得回流在內(nèi)部空間/空腔內(nèi)，而不是在其周圍。圖中所示的數(shù)量δh顯出了已流入的材料相對于第二物體周圍的近端面的差值，并且該數(shù)量δh也可對應(yīng)于增大的有效錨固深度。

圖19示出了一個(gè)實(shí)施例的例子，在該實(shí)施例中通過超聲波發(fā)生器7將第一和第二物體的組裝件壓靠到的支撐件42具有幫助第二物體2的可變形部分變形的成形特征。更特別地，在圖19所示的實(shí)施例中，支撐件42具有與第一物體1的對應(yīng)凹陷配合的成形突出部。成形突出部由不可液化并且在該過程中不軟化的材料制成。此外，包括突出部46或其它成形特征的支撐件可能可以具有例如由于被主動(dòng)冷卻的冷卻作用，使得第一物體材料在與其的界面處保持堅(jiān)硬。因此，可變形部分在變形過程中被引導(dǎo)以從成形特征中突出，如圖19所示。更特別地，引起構(gòu)成可變形部分的可變形腿部遠(yuǎn)離成形突出部46向外彎曲。

圖20示出了其中成形特征包括成形凹陷44的替代實(shí)施例，使得可變形腿部被向內(nèi)彎曲成圖20所示的構(gòu)造。各種其它替代是可能的。

通常，第二物體可以具有作為待附接到第一物體的另一物體的錨固件的目的，或者它本身是這樣的第二物體，在上圖中，所示出的第一物體沒有出于此目的的任何功能結(jié)構(gòu)，然而任何這樣的結(jié)構(gòu)例如緊固結(jié)構(gòu)或其它功能結(jié)構(gòu)是可能的。

在下文中描述了這樣的實(shí)施例，其中通過將第二物體結(jié)合到該另一物體而在該結(jié)合過程中將該另一物體(“第三物體”)結(jié)合到第一物體。

圖21a描繪了基本構(gòu)型。在將第一物體接合到另一個(gè)第三物體的實(shí)施例中用作連接件的第二物體2被描繪為與圖1a的連接件相似，而沒有頭部?；蛘撸渌螤畹牡诙矬w也是可能的；特別是可以使用本文中描述的適用于深度有效錨固的所有物體、包括具有頭部的第二物體。第三物體100被示出為熱塑性體，類似于第一物體1。它抵靠第一物體1的近側(cè)面。為了結(jié)合，第二物體2被驅(qū)動(dòng)通過第三物體100和第一物體兩者以被錨固在第一和第三物體兩者中，如圖21b所示。

第三物體可以包括能夠焊接到第一物體1的熱塑性材料的熱塑性材料。例如，它可以是具有相同聚合物基體的熱塑性材料。在第二物體周圍的區(qū)域中，由于在該過程中引起的液化，可能導(dǎo)致焊接，如圓圈101所示。更一般地，該過程中的第三物體的材料被壓入第一物體，以在再凝固之后有助于連接。如果因?yàn)榈谝缓偷谌矬w的材料不能在液態(tài)下混合而不能焊接，則仍能保持。

另外地或作為被驅(qū)動(dòng)通過第三物體的材料的替代方案，第二物體(連接件)也可以被驅(qū)動(dòng)通過第三物體的預(yù)制開口，以使其遠(yuǎn)側(cè)部分被錨固在第一物體中。這樣的預(yù)制開口可以具有允許第二物體基本上沒有阻力地穿過的直徑(參見下文描述的實(shí)施例)，或者在那里可以遇到相當(dāng)大的阻力以使機(jī)械能被吸收。

圖22示出了第二物體2的變型。該變型與先前描述的實(shí)施例不同之處在于它具有由面向遠(yuǎn)側(cè)的凹部111引起的壓縮結(jié)構(gòu)。該部分將使第三物體100的熱塑性材料被壓入第一物體1中，從而產(chǎn)生更明顯的混合以及，如果可適用的話，在第三物體和第一物體的材料之間產(chǎn)生焊接。

圖23示出了適于作為所述意義上的連接件的第二物體2的另一例子。特別地，根據(jù)圖23的第二物體2特別容易制造并且可以作為低成本制品生產(chǎn)。更具體地，第二物體包括例如金屬的片部分。片部分形成具有倒鉤113的多個(gè)腿部112，所有腿部從橋部114延伸并與之成一體。第二物體可以僅通過彎曲腿部遠(yuǎn)離橋部114并且彎曲腿部112以具有倒鉤113來由沖壓金屬片制成。

類似地，圖24a和24b的實(shí)施例具有頭部114(或橋部)，其具有從其延伸出的多個(gè)腿部。圖24a示出了作為中間件的沖壓金屬片，并且圖24b示出了通過彎曲使該中間件變形而獲得的第二物體2。腿部可以設(shè)置有珠緣或槽(與圖23相同)，以獲得額外的穩(wěn)定性。

在該實(shí)施例中，代替倒鉤，腿部112具有遠(yuǎn)側(cè)箭頭部分115。組合也是可能的。

進(jìn)一步地，不依賴于腿部的可選特征由中心孔116構(gòu)成，該中心孔116可以用于在組裝過程期間導(dǎo)向，例如與凸緣117一起。這種孔和/或凸緣的其它用途是可能的，包括將另一物體緊固到第二物體上。

圖25示出了由多孔金屬中空圓柱121形成的第二物體。金屬圓柱的穿孔122可以在過程中被熱塑性材料相互滲透，從而確保形狀配合錨固。為了最小化近側(cè)加熱，穿孔的體積部分可有利地接近于或高于50％。

圖26的第二物體包括也形成中空圓柱的金屬網(wǎng)125。其功能原理類似于中空圓柱的功能原理，其中網(wǎng)用于熱塑性材料的相互滲透。

代替形成中空圓柱，穿孔金屬板或網(wǎng)可以形成用于構(gòu)成所述類型的連接件的其它形狀。圖27非常示意性地示出了作為選項(xiàng)的螺旋形狀。

除了圓柱形(圖25和26)以及其中材料是穩(wěn)定的螺旋形的另外選擇是波形的，例如沿著長度尺寸延伸。這種波的振幅可以是片或網(wǎng)的厚度的至少5-10倍。

更進(jìn)一步的變型是方形(垂直于軸向的橫截面)或其它具有彎曲或屈曲的封閉或開放形狀。

具有參考圖22-27以及下文參考圖37所述的結(jié)構(gòu)的第二物體可通常非常薄，因此對屈曲敏感。為此，根據(jù)應(yīng)用，近側(cè)連接件結(jié)構(gòu)可有利于提供穩(wěn)定性。

圖28示出了具有槽142的帽141，其用作具有螺旋形金屬片或網(wǎng)的第二物體2的近側(cè)橋部，以在過程期間給予第二物體額外的機(jī)械穩(wěn)定性。

具有參考圖22-28以及下文參考圖37所述的薄結(jié)構(gòu)的第二物體也適用于以相當(dāng)小的能量輸入固定在較相對薄的第一物體中。由于它們的薄度被移位的體積非常小，并且熔融區(qū)將是非常局部的。這樣可以最小化總的壓力和總的能量輸入。

作為參考圖22-28所述類型的連接件的第二物體2可以特別適用于通過本文所述過程以釘狀或銷狀方式將第一和第三物體緊固在一起。在本文中，第一和第三物體關(guān)于近遠(yuǎn)錨固軸線相對于彼此布置的方式可以是變化的，特別地，代替相反的方式，也可能將連接件按壓通過第一物體進(jìn)入第三物體。

圖29a和29b示出了使用連接件將第三物體100連接到第一物體1的原理的特別的應(yīng)用。假設(shè)第二物體具有帽狀形狀，其具有從主體132向遠(yuǎn)側(cè)延伸的周向突出部段131。

在該特殊實(shí)例中，第三物體100包括通過第二物體2的插入被壓縮的泡沫(壓縮部分102)。可選地，第二物體可以包括松弛開口133或允許壓縮材料在泡沫具有熱塑性(不是必需的)的情況下流走的其它形狀特征。圖29b示出了相應(yīng)的流出部分103。

雖然圖29a和29b示出了泡沫材料的第三物體的緊固，但類似地，可以通過這種方法來緊固其它材料的第三物體，例如能夠被第二物體的遠(yuǎn)側(cè)結(jié)構(gòu)或者具有用于這些結(jié)構(gòu)的預(yù)制孔的物體穿透的軟和/或彈性材料。

在圖30的實(shí)施例中，第三物體100設(shè)置有孔109，第二物體的遠(yuǎn)側(cè)部分可以通過該孔109前進(jìn)以與第一物體接觸。在本文中，第三物體100可以是熱塑性的，并且孔109可以相對于第二物體的尺寸過小，使得其插入遇到阻力，并且圍繞孔109的第三物體的材料被移位?；蛘?，第三物體可以是不可液化的材料。然后，孔109需要被定尺寸為使得第二物體的遠(yuǎn)側(cè)部分適合通過它或遠(yuǎn)側(cè)尖部或遠(yuǎn)側(cè)邊緣穿透第三物體材料。

所示實(shí)施例中的第二物體包括彈性倒鉤結(jié)構(gòu)118，彈性倒鉤結(jié)構(gòu)118允許第二物體的遠(yuǎn)側(cè)部分?jǐn)D著穿過孔109，但是在液化和再凝固之后確保在第一物體1中的錨固。第二物體還具有用于固定第三物體100壓靠第一物體1的近側(cè)頭部6。

作為具有彈性倒鉤結(jié)構(gòu)118的替代方案，具有類似于如圖30所示的結(jié)構(gòu)的第二物體也可以具有與圖1a中的結(jié)構(gòu)的相似的形狀，還具有近側(cè)頭部分6，例如如圖31所示。

圖32描繪了一種實(shí)施例，其中例如完全是金屬的第二物體2被錨固在第一物體的通孔20中。該通孔朝向遠(yuǎn)側(cè)變窄(是埋頭孔)，并且第二物體相應(yīng)地逐漸變細(xì)以圍繞該孔錨固。假設(shè)第一物體1是熱塑性片材。

第二物體與第一物體的結(jié)合是平坦結(jié)合，類似于圖5a/5b；圖11和其它圖所教導(dǎo)的那樣，具有由銳利的突出結(jié)構(gòu)36和凹陷35形成的互相滲透的結(jié)構(gòu)，盡管第二物體的結(jié)合表面不是平面的而是圓錐形的。

圖33示出了替代方案，其中第一物體的通孔20不是錐形的而是階梯式的，其中緊固表面包括圍繞臺(tái)階錨固的突出結(jié)構(gòu)36和凹陷35。

根據(jù)另一替代方案，如圖34所示，如果允許第二物體2突出在片狀第一物體1的近側(cè)表面上方，則第二物體的頭部狀近側(cè)延伸部6可以具有遠(yuǎn)端面，其包括將第二物體連接到通孔的邊緣的結(jié)構(gòu)35、36。

在圖35的變型中，對于其它類似于圖32的構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)可選的其它特征(該特征可以彼此獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)，如果它們被組合則具有優(yōu)點(diǎn))：

-結(jié)構(gòu)元件35、36的尺寸朝向遠(yuǎn)側(cè)減小，

-第二物體的錐形的開口角度α大于通孔20的錐形的開口角度β，從而第二物體在相比于更靠近中心的遠(yuǎn)側(cè)位置而言更靠近周邊的近側(cè)位置處更加滲透入第一物體。

兩種措施都具有這樣的效果，即相比于開口周圍更遠(yuǎn)側(cè)的中心位置而言，在更近側(cè)的周邊位置處吸收更多的能量并且液化更多的材料。該效果在于第一物體的遠(yuǎn)側(cè)表面保持完整無損。

圖36示出了圖11的實(shí)施例的變型，但是在其中引起結(jié)合的結(jié)構(gòu)元件被限于第二物體2的周邊。在更中心的位置，遠(yuǎn)側(cè)表面151用作止擋部和鄰接表面，從而精確地限定出軸向相對位置。在本文中，圖12關(guān)于突出結(jié)構(gòu)36和凹痕35的相對體積的考慮可能是特別有利的。

圖36因此是其中第一和第二物體之間的連接區(qū)域僅構(gòu)成它們相互界面的一部分的實(shí)施例的非常示意性例子。在該界面的其它部分，基本上沒有能量傳遞，并且不會(huì)發(fā)生液化。

在圖37的實(shí)施例中，用于錨固在第二物體中的突出結(jié)構(gòu)161被附接到第二物體的主體，并且在基本上平行于軸向的方向上向遠(yuǎn)側(cè)突出。突出結(jié)構(gòu)可以例如形成為類似于圖23、圖24b、圖25和圖26所示的結(jié)構(gòu)，并且特別簡單且成本有效地制造。

為了相對于屈曲穩(wěn)定，金屬板或網(wǎng)可以以彎曲形狀(例如通過形成圓柱)或波形(垂直于繪圖平面)或其它非直線形狀延伸，如上所述。

在一個(gè)例子中，第二物體2的主體可以是可液化材料(在與第一物體的熱塑性材料相同的溫度下，在較高溫度下，或甚至在稍低的溫度下，可液化)，突出結(jié)構(gòu)161鑄入其中。在實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)的孔隙率可以為至少50％。