在轻型结构元件中锚固制造技术

提供一种将连接器锚固在异质的第一物体中的方法，该第一物体包括第一结构层和在第一结构层的远侧的内衬层。该内衬层的密度显著低于第一结构层的密度和/或抵抗连接器的插入的机械阻力显著低于第一结构层的相应的机械阻力。该方法包括：提供第一物体；提供连接器，该连接器包括固态的热塑性材料并在近端和远端之间延伸；使连接器与第一结构层物理接触；对连接器施加第一机械按压力，直到第一结构层被连接器刺穿并且连接器的远端部分到达内衬层；对连接器施加第二机械按压力和机械振动，直到热塑性材料的流动部分可流动并穿透第一物体的结构，头部的面向远侧的抵接面在邻近开口的区域中紧靠金属型材；使热塑性材料重新固化以在连接器和夹层板之间产生形状配合连接。

【技术实现步骤摘要】
在轻型结构元件中锚固本申请是申请日为2016年06月09日、申请号为201680030657.X、专利技术名称为“在轻型结构元件中锚固”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及机械工程和制造领域，特别是机械制造，例如汽车工程、飞行器制造、造船、机械制造、玩具制造等。特别涉及将连接器锚固在第一物体中的方法以及机械地将第二物体固定到第一物体的方法。
技术介绍
在汽车、航空、家具和其它行业中，已经倾向于弃用钢结构而使用轻型结构部件。这些元件的一个例子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)的轻型建筑元件，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)例如是纸板蜂窝结构或轻型金属泡沫。这种轻型结构元件可以称为“夹层板”，并且有时被称为“空心芯板(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。然而，由于结构层薄并且内衬层并不适合于将连接器比如暗榫锚固在其中，除了通过粘合剂结合表面以外，很难将物体附接到轻型结构元件。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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种将连接器锚固在第一物体中特别是锚固在夹层板中的方法，该夹层板具有夹在第一和第二结构层之间的相对较弱的内衬层，其中该内衬层可以不具有足够的稳定性以用作连接器的唯一的锚固材料。另一个目的是提供一种将第二物体固定至第一物体的方法。这些方法应克服现有技术方法的缺点。一种将连接器锚固在异质的第一物体中的方法，该异质的第一物体包括第一结构层和在该第一结构层的远侧的内衬层，其中该内衬层的密度显著低于第一结构层的密度和/或抵抗连接器的插入的机械阻力显著低于第一结构层的相应的机械阻力，该方法包括以下步骤：-提供该第一物体；-提供连接器，该连接器包括固态的热塑性材料并在近端和远端之间延伸；-使该连接器与该第一结构层物理接触；-对该连接器施加第一机械按压力，直到该第一结构层被该连接器穿刺并且该连接器的远端部分进入该内衬层；-对该连接器施加第二机械按压力和机械振动，直到热塑性材料的流动部分可流动并且穿透该第一物体的结构，头部的面向远侧的抵接面在邻近开口的区域中紧靠金属型材；和-使热塑性材料重新固化以在连接器和夹层板之间产生形状配合连接。在此，如果没有施加附加的能量，则机械阻力可以例如是使连接器前进进入相应材料的材料一定距离(如1毫米)所需的力。第一机械按压力和第二机械按压力的大小可以相同，或者尤其可以在大小上彼此不同。特别地，第一按压力可以大于第二按压力。第二按压力和/或可能的第一按压力可以符合按压力曲线，即可以根据连接器相对于第一物体的时间和位置而变化。可以根据位置、遇到的阻力和/或时间控制该按压力。第二按压力以及在许多实施例中的第一按压力可以通过按压连接器的超声波发生器来施加，并且在施加机械振动的步骤期间(即当施加第二按压力时)超声波发生器受到机械振动，该机械振动通过超声波发生器的面向远侧的耦合输出面被耦合到连接器中。在许多实施例中，在此的超声波发生器将与连接器物理接触，但是在超声波发生器和连接器之间也可能存在中间元件。在许多实施例中，当施加第一机械按压力穿刺第一结构层时，将没有机械振动被耦合到连接器中。在一些实施例中，穿刺第一结构层的连接器的远端包括热塑性材料，这尤其是有利的。如果在穿刺期间没有振动起作用，则不会发生远端的软化。但是可选地，可以振动辅助地刺穿第一结构层，即在实施例中，在施加第一按压力的步骤期间机械振动也起作用。这样的机械振动可以可选地在幅度和/或频率上不同于在后续施加第二机械按压力的步骤期间起作用的振动。在施加第一按压力的步骤以及此后，在许多实施例中，第一结构层将仅被穿刺并保持连贯连续的层。围绕穿刺位置的第一结构层的部分可以例如被变形，例如向远侧弯曲。在进一步插入连接器时，围绕穿刺位置的第一结构层可以集成在锚固设置中，例如通过围绕其流动的流动部分以及围绕锚固位置的第一结构层的嵌入部分，和/或通过引导连接器和例如甚至在其上施加有弹性的横向力从而导致一些夹紧。因此，这些部分可能有助于锚固的稳定性。对于施加第二机械按压力的步骤，可以从一开始(即一旦第一结构层被刺穿)或仅在连接器的远端已经前进进入内衬层材料一定的最小距离之后引起振动。在施加第二机械按压力的步骤期间，连接器的至少面向近侧的耦合面将进一步朝远端方向前进，即至少一部分连接器将进一步前进入第一物体，其中第二按压力和振动可以借助所述耦合面被耦合入连接器中。第一物体尤其可以是夹层板，还包括位于内衬层的远端的第二结构层，该第二结构层的密度和/或机械稳定性(尤其是抵抗插入连接器的阻力)基本上高于内衬层的密度/稳定性。例如，第二结构层可以具有与第一结构层相同的组分。第二结构层的厚度可以可选地与第一结构层的厚度相同。通常，第一物体可以是夹层板，其中内衬层具有带例如规则布置的充气空间的结构。在实施例中，该充气空间可以在第一结构层和第二结构层之间竖向延伸。另外或作为替代，充气空间可占据层间体积的大部分，例如至少50％或至少65％。内衬层的平均密度例如至多是第一和/或第二结构层的密度的1/5，在实施例中至多是1/10、甚至1/15。这种具有优化厚度比(例如结构层厚度为总板厚度的1-2％)的夹层板可以示出为具有类似于重量超过五倍的结构层材料的整体板的弯曲刚度。因此，具有足够低的内衬层厚度的夹层板可以在给定一定机械刚度要求时实现总体重量的显著减小。然而，如果连接器(或其它装置)在这种夹层板中被驱动到物体中，一旦第一结构层被穿透并且连接器被驱动到内衬层中，则机械阻力显著下降。另外，该阻力下降并非完全可预测的，其取决于连接器的远端是否在中空空间中前进。因此，在被驱动穿过第一结构层之后，连接器可能预期会撞穿内衬层并且也撞穿第二结构层。然而，这将导致连接器的锚固不足，并且通常第二结构层应保持完整。本专利技术意识到，然而有利的是驱动连接器通过第一结构层且同时以如此方式控制按压力，使得连接器以受控方式前进穿过内衬层和/或在破坏第二结构层前停止。特别地，在实施例中，施加第二机械按压力，直到连接器的远端与第二结构层充分接触以使机械阻力再次增加，即施加按压力直到连接器到达第二结构层而第二结构层没有被穿透。例如，可以控制过程中的按压力，使得在穿透第一结构层的步骤期间其达到第一水平，然后在运动通过内衬层期间立即下降以遵循第二曲线，并且当前进运动被第二结构层阻碍时达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将连接器锚固在异质的第一物体中的方法，该异质的第一物体包括第一结构层和在所述第一结构层的远侧的内衬层，其中所述内衬层的密度显著低于所述第一结构层的密度和/或所述内衬层的机械稳定性显著低于所述第一结构层的机械稳定性，所述方法包括以下步骤：/n-提供所述第一物体；/n-提供所述连接器，所述连接器包括固态的热塑性材料并在近端和远端之间延伸；/n-使所述连接器与所述第一结构层物理接触；/n-对所述连接器施加第一机械按压力和机械振动，直到所述第一结构层被所述连接器以振动辅助方式刺穿并且所述连接器的远端部分进入所述内衬层；/n-对所述连接器施加第二机械按压力和机械振动，直到该热塑性材料的流动部分可流动并穿透所述第一物体的结构；和/n-停止第二机械振动并使所述热塑性材料重新固化以在所述连接器和所述第一物体之间产生形状配合连接。/n

【技术特征摘要】
20150611 CH 837/151.一种将连接器锚固在异质的第一物体中的方法，该异质的第一物体包括第一结构层和在所述第一结构层的远侧的内衬层，其中所述内衬层的密度显著低于所述第一结构层的密度和/或所述内衬层的机械稳定性显著低于所述第一结构层的机械稳定性，所述方法包括以下步骤：
-提供所述第一物体；
-提供所述连接器，所述连接器包括固态的热塑性材料并在近端和远端之间延伸；
-使所述连接器与所述第一结构层物理接触；
-对所述连接器施加第一机械按压力和机械振动，直到所述第一结构层被所述连接器以振动辅助方式刺穿并且所述连接器的远端部分进入所述内衬层；
-对所述连接器施加第二机械按压力和机械振动，直到该热塑性材料的流动部分可流动并穿透所述第一物体的结构；和
-停止第二机械振动并使所述热塑性材料重新固化以在所述连接器和所述第一物体之间产生形状配合连接。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在施加第一机械按压力时所施加的机械振动在幅度和/或频率上不同于在施加第二机械按压力时所施加的机械振动。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在施加第一按压力和振动的步骤中以及此后，第一结构层仅被穿刺并保持连贯连续的层。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，由于施加第一按压力和振动，围绕穿刺位置的第一结构层的部分通过向远侧弯曲而变形。


5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在施加第一按压力时，对所述连接器施加的机械振动的振动功率P经受第一峰。


6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在施加第一按压力和第二按压力期间，对所述连接器施加的机械振动持续地起作用。


7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在机械振动停止之后维持第二按压力直到流动部分至少已经重新固化到一定程度。


8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第一机械按压力大于第二机械按压力。


9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第二按压力通过将所述连接器压靠于所述第一物体的超声波发生器来施加。


10.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板，其包括所述第一结构层、第二结构层和夹在所述第一结构层和第二结构层之间的所述内衬层，所述内衬层的密度显著低于所述第一结构层和第二结构层的密度，并且施加第二机械按压力包括使所述连接器前进穿过所述内衬层，直到所述连接器的前进运动被所述第二结构层阻碍，而没有破坏所述第二结构层。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，在对所述连接器施加第二机械按压力和机械振动的步骤中，使所述热塑性材料的所述流动部分在所述连接器和所述第二结构层之...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·迈尔，J·奎斯特，M·莱曼，P·博世内尔，
申请(专利权)人：多种材料焊接股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH