借助超声振动能将装置接合到物体的方法以及适合该方法的装置和设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种借助超声振动能和感应加热的组合将装置(1)接合到物体(2)的方法，其中所述装置(1)包括热塑性聚合物和感受物添加剂的部分(1.1)，其中该部分(1.1)通过与感应加热组合的超声振动能被至少部分液化或塑化，并且其中所述接合包括在装置(1)和物体(2)之间建立连接，所述连接是形状配合连接、焊接、压入配合连接和胶粘连接中的至少一种。其中，一方面，施加感应加热以使所述装置部分(1.1)适合吸收超声振动能，或通过升高其温度，特别是通过将其温度升高至所述聚合物的玻璃化转变温度以上，使其比其他装置部分更适合该吸收。另一方面，超声振动能用于液化或至少塑化所述装置部分(1.1)的热塑性聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助超声振动能将装置接合到物体的方法以及适合该方法的装置和设备专利
本专利技术属于机械工程和建筑领域，并且涉及借助超声振动能将装置接合到物体的方法，其中所述装置包括热塑性聚合物的部分，所述热塑性聚合物的部分通过超声振动能被液化或塑化，并且其中所述接合包括在装置和物体之间建立连接，所述连接是形状配合连接、焊接、压入配合连接和胶粘连接中的至少一种。本专利技术还包括适合所述方法的装置和设备。在以下描述中，术语“装置”是指包含将在接合过程期间被液化或塑化的热塑性聚合物的元件。术语“物体”是指具有适合作为在要建立的连接中的所述聚合物的配对物的表面的元件。除了这个定义之外，术语“装置”和术语“物体”都不以任何方式限制两种元件中的任何一种的功能或形式。专利技术背景根据例如公开文献WO96/01377(Createc)、WO98/042988(Woodwelding)和WO2006/002569(Woodwelding)，将包含具有热塑性特性的材料，特别是热塑性聚合物的插入件锚固在纤维或多孔材料中，如锚固在刨花板或木材中是已知的。为了这样的锚固，将插入件相对于开口定位，然后直接或通过纤维或多孔材料将机械振动，特别是超声振动，和经引导用于将插入件压入开口的力同时施加到插入件。在施加振动和力的步骤中，具有热塑性特性的材料主要由于在该材料与例如纤维或多孔材料接触处的振动所引起的摩擦而被液化。在液化状态下，它渗透到开口的壁和/或底部的纤维或多孔材料中，并在再固化时与纤维或多孔材料形成形状配合连接。根据公开文献WO96/01377，插入件和其中待锚固插入件的盲孔彼此适配，使得插入件在相对于开口定位时不会到达开口的底部。这通过设计插入件和/或开口，例如设计成连续地或阶梯式逐渐变细来实现。在施加超声振动的同时，插入件通过压力的作用进一步进入开口，这导致摩擦和随之的具有热塑性特性的材料主要在侧向插入件侧的液化。在类似的方法中，在开口的口上放置尺寸稍微过大的插入件，并且在压力和振动的作用下，所述尺寸稍微过大的插入件进入开口中并且通过所述渗透在其中侧向锚固。根据公开文献WO98/042988和WO2006/002569，插入件和插入件待锚固在其中的盲孔彼此适配，使得插入件在定位在开口中时位于开口的底部。在施加超声振动期间，插入件被压靠在该底部。这导致具有热塑性特性的材料液化，特别是在插入件远端的区域中，即在开口底部的基本上远的锚固处，但几乎没有任何侧向锚固。根据公开文献WO2006/002569，插入件的近端和远端各自定位在一块纤维或多孔材料中，目的是将两块固定在一起。在这种情况下，振动被施加到其中一块并通过其传输到插入件，并且两块彼此压靠。如在所述公开文献中所述，插入件的热塑性聚合物更容易在近插入件侧(更靠近振动源的一侧)液化，这在插入件和盲孔的对称设置中形成在近侧的更强锚固。该作用有利地通过设计插入件和/或两个不对称的开口来抵消。为了确保热塑性材料在优选位置的液化，已知的是给热塑性材料的相应表面位置或与后者接触的表面配备能量引导结构。这些是减少有效接触表面的结构，并且它们具有例如从主表面突出的峰或脊的尖端、边缘或图案的形式，并有助于吸收超声振动能。除了宏观的形状配合连接之外，超声锚固，例如在上面提到的公开文献中描述的，也可以根据材料配对和方法参数形成焊接或胶粘连接。除了上述现有技术之外，超声振动能被广泛应用于所谓的超声焊接，即用于接合两个相应匹配的聚合物表面。其中，两个表面彼此压靠并且将超声振动施加到系统，使得它引起两个表面之间的摩擦，如此加热和液化表面材料并由此在两个表面之间建立焊接连接。对于超声焊接的过程而言，相当常见的是给所述表面中的至少一个配备导能器，以确保振动能量的吸收和液化容易地且在期望的位置开始。借助超声振动能和通过超声振动能液化的热塑性材料的接合方法的一个主要优点在于以下事实：由于在待液化材料中实现的高剪切速率，液化的材料的粘度低，这使得液化的材料能够渗透到细微的结构，例如多孔或纤维结构中，并移位通过细微的结构，例如多孔或纤维结构，而不需要大的力，并且没有这些结构的高机械负荷。该作用通过以下事实进一步强化：摩擦引起的加热在待液化的材料与多孔或纤维结构接触处特别有效，使得即使多孔或纤维结构具有较低的温度，也不会在熔融材料上起皮。其中超声振动能被用于液化热塑性聚合物的大多数已知接合方法的应用由于以下原因特别受限制：·玻璃化转变温度比工作温度(接合过程开始时的温度，例如，环境温度)相应更高的热塑性聚合物(例如，PEEK)在工作温度下对超声能仅具有有限的吸收率。这意味着它们能够传输超声振动能而损失很小。但是这也意味着由超声振动能引起的液化只能在聚合物与相对材料(countermaterial)接触和振动引起两种材料之间的摩擦的区域开始，其中能量导向器可以增强吸收。玻璃化转变温度与工作温度之间的差异越大，超声振动越难以引起液化，特别是如果所述的相对材料具有有限的机械稳定性和/或对机械和/或热负荷敏感。·玻璃化转变温度比工作温度相应更低的热塑性聚合物(例如，PP或PE)在工作温度下具有对超声能的高吸收率。这意味着通过超声能引起的液化是容易实现的，但是在没有采取特定措施的情况下，难以将其限制在期望的位置。·在大面积应用中防止“热点”和相应的缺点是困难的。·例如脆的或在其他方面易于受到机械损伤的热塑性聚合物可能不能承受由于超声振动引起的机械应力，且因此在没有机械损伤的情况下定向液化是困难的。·通过超声振动能准确定向液化进一步受到超声振动的宏观波长的限制。特别是在以驻波振动的销形装置中，存在高振幅的位置，即高振动能量的位置，且因此存在优选的液化(有利的声学位置)，并且存在低振幅的位置(波节区域)，即低振动能量的位置，并且因此对于液化而言不是最佳的位置(非有利的声学位置)。由于有利的和非有利的声学位置的定位取决于振动波长，即取决于材料的振动频率和弹性特性，所以它们不能被自由地调整以最好地适应特定的应用。专利技术概述本专利技术的目的是创建用于借助超声振动能将装置接合到物体的另外的方法，其中所述装置包括热塑性聚合物，并且其中装置和物体之间所实现的连接应为形状配合连接、焊接、压入配合连接和胶粘连接中的至少一种。本专利技术将通过扩展应用领域，特别是涉及已知方法的上面列出的限制的应用领域，改进使用热塑性聚合物和超声振动能的已知接合方法。这意味着使用本专利技术的教导将特别地使得热塑性聚合物的定向液化的位置更自由，热塑性聚合物的选择更自由，装置在使用的超声振动的波长方面的设计更自由，和/或物体上的接合位置的材料和结构更自由。本专利技术的另外的目的是创建适合该方法的装置和设备。所述目标是通过相应的独立权利要求所限定的方法、装置和设备来实现的。本专利技术基本上是将用于其中液化或至少塑化的热塑性聚合物用作接合剂的接合过程中的超声振动能和电磁感应加热的组合。其中，电磁感应加热优选地仅作用于特定装置部分，所述特定装置部分除了待液化或至少塑化的热塑性聚合物之外还包括感受物添加剂。根据本专利技术，一方面应用感应加热，以使所述装置部分适合吸收超声振动能，或者通过升高其温度，特别是通过将其温度升高到超过所述聚合物的玻璃化转变温度，使所述装置部分比其他装置部分更好地适合该吸收。另一方面，超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将装置(1)接合到物体(2)的接合位置(2.1)的方法，所述方法包括以下步骤：提供包括第一固体部分(1.1)的装置(1)，所述第一固体部分(1.1)包含第一热塑性聚合物和感受物添加剂，所述感受物添加剂是导电的和磁性的中的至少一种，并且以足以使所述第一部分(1.1)能够通过电磁感应被加热的量存在于所述第一部分(1.1)中，相对于接合位置(2.1)定位所述装置(1)，将所述装置(1)定位到交变电磁场(5)中，所述交变电磁场(5)适合通过电磁感应加热所述第一部分(1)持续足以升高所述第一部分(1)的温度，但不足以液化或塑化所述第一聚合物的时间，将超声振动能施加到所述装置(1)或施加到所述物体(2)，并同时将压力施加到所述装置(1)，持续足以液化或塑化所述第一部分(1)的至少部分并且足以实现以下中的至少一种的时间：使所述液化或塑化的第一部分(1)与所述接合位置(2.1)的至少表面接触，和使所述装置(1)变形，停止施加交变电磁场(5)和施加超声振动，同时维持压力，持续足以在所述液化或塑化的第一部分(1.1)再固化时实现所述装置(1)和所述接合位置(2.1)之间的连接的时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.29 CH 1104/151.一种将装置(1)接合到物体(2)的接合位置(2.1)的方法，所述方法包括以下步骤：提供包括第一固体部分(1.1)的装置(1)，所述第一固体部分(1.1)包含第一热塑性聚合物和感受物添加剂，所述感受物添加剂是导电的和磁性的中的至少一种，并且以足以使所述第一部分(1.1)能够通过电磁感应被加热的量存在于所述第一部分(1.1)中，相对于接合位置(2.1)定位所述装置(1)，将所述装置(1)定位到交变电磁场(5)中，所述交变电磁场(5)适合通过电磁感应加热所述第一部分(1)持续足以升高所述第一部分(1)的温度，但不足以液化或塑化所述第一聚合物的时间，将超声振动能施加到所述装置(1)或施加到所述物体(2)，并同时将压力施加到所述装置(1)，持续足以液化或塑化所述第一部分(1)的至少部分并且足以实现以下中的至少一种的时间：使所述液化或塑化的第一部分(1)与所述接合位置(2.1)的至少表面接触，和使所述装置(1)变形，停止施加交变电磁场(5)和施加超声振动，同时维持压力，持续足以在所述液化或塑化的第一部分(1.1)再固化时实现所述装置(1)和所述接合位置(2.1)之间的连接的时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中在施加交变电磁场(5)的步骤中，将所述第一聚合物加热至其玻璃化转变温度以上的温度。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述接合位置(2.1)包括以下中的至少一种：具有腔、孔或粗糙结构的表面结构，空间，可由第一聚合物焊接或可被第一聚合物润湿的与第一聚合物匹配的接合材料，和具有用于接收装置(1)的至少第一部分(1.1)的尺寸的开口，并且其中所述装置(1)和接合位置(2.1)之间的连接为以下中的至少一种：形状配合连接、焊接连接、胶粘连接和压入配合连接。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述装置(1)还包括不能通过电磁感应被加热的第二固体部分(1.2)。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二部分(1.2)包含第二热塑性聚合物，但不包含感受物添加剂，所述第二热塑性聚合物与所述第一聚合物相同或不同。6.根据权利要求5所述的方法，其中，与所述装置(1)和所述接合位置(2.1)之间连接的同时，建立所述第一部分(1.1)和所述第二部分(1.2)之间的连接。7.根据权利要求5所述的方法，其中，除了所述第一部分(1.1)和所述接合位置(2.1)之间的连接以外，建立所述第二部分(1.2)和所述物体(2)或另外的物体的另外的接合位置之间的另外的连接。8.根据权利要求7所述的方法，其中在第一聚合物液化之前，并且借助通过所述第一部分(1.1)传输到所述第二部分(1.2)的超声振动能，建立所述另外的连接。9.根据权利要求7所述的方法，其中在所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·默克，L·托里亚尼，M·莱曼，P·博世内尔，J·奎斯特，J·迈尔，
申请(专利权)人：伍德韦尔丁公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH