本發(fā)明涉及機(jī)械工程和建筑領(lǐng)域，尤其是家具結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別是涉及將連接元件錨固在物體內(nèi)的方法和相應(yīng)的連接元件以及包括此類連接元件的組件。

背景技術(shù)：

在例如為家具工業(yè)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，不同部件之間的連接是一個(gè)重要的問題。這種連接元件中的一些包括在待連接的至少一個(gè)部件上的連接元件，其包括深入錨固部(在下文中稱為“錨固部”)和通常稱為“頭部”的突起部分。深入錨固部可例如被螺紋旋入部件中，頭部可包括能與另外一個(gè)部件連接的裝置。為此，另一個(gè)部件可能包括與連接元件的第一部分配合使用的第二連接元件。

由interikeasystemsb.v提出的wo2013/104422中公開了一種連接，其中待連接的第一家具部件具有與第二家具部件中的一個(gè)或多個(gè)的凹部件配合的一個(gè)或多個(gè)凸部件。在此該凸部件可以是具有鉤狀深入錨固部和頭部的連接元件。鉤狀的深入錨固部粘接到第一家具部件內(nèi)。

wo2013/104422所公開的連接依靠均帶有多個(gè)槽的凸部件和頭部的凹部件，其中在組裝過程中，凸部件和凹部件相對于彼此運(yùn)動，并且凸部件和凹部件中的至少一個(gè)的槽是傾斜的，以使當(dāng)相對于凹部件移動凸部件時(shí)，家具部件被朝向彼此按壓。

在此，也在其它包括帶有突出(凸的)部分的連接元件中，突出部分的形狀有重要作用。在wo2013/104422的系統(tǒng)中，如果凸部件和凹部件的槽不能足夠精確匹配，則很難或者不可能合適地導(dǎo)入凸部件，或者不能實(shí)現(xiàn)朝向彼此按壓家具部件的效果，從而不能得到足夠的穩(wěn)定性。

與用于家具或其它物體的連接相關(guān)的另一個(gè)重要問題在于加工成本，既有連接元件的制作成本，也有向部件提供連接元件的成本。雖然例如帶有螺紋錨固部的金屬連接元件，可被設(shè)計(jì)為使其頭部的形狀足夠滿足其穩(wěn)定性需求，但加工費(fèi)用也相對較高。同樣，如果在工廠里完成相應(yīng)部件的錨固(與消費(fèi)者自行安裝相反)，這是相當(dāng)費(fèi)時(shí)且成本較高的。

因此，已在wo2013/104422提出，采用注射成型方法來制作塑料連接元件并通過膠粘入家具部件的預(yù)制作的開口來完成錨固部的錨固。但此類錨固的缺點(diǎn)在于，膠量須與刨花板的孔隙率相匹配。如果注入的膠太少，那么由于膠會浸到木頭中而使界面缺膠，但如果注入過多的膠，就會形成阻止對連接元件的深度位置精確定位的液態(tài)墊層。而且，膠粘需要清潔工作，同時(shí)由于膠必須在一定時(shí)間后才能固化，因此膠粘步驟相對來講是比較浪費(fèi)時(shí)間的。同樣膠粘連接的本質(zhì)在于膠只和相應(yīng)部件的表面相連。即使膠的強(qiáng)度很高，但如果部件本身材料只有有限的穩(wěn)定性，那么膠粘連接也只能提供有限的固定穩(wěn)定性，例如如果該部件是一個(gè)相對較脆的刨花板。

在wo98/042988(woodwelding)中已知了將包括熱塑性材料的連接元件錨固到例如刨花板或木材的纖維狀或多孔狀材料內(nèi)。對于此類錨固，前部(遠(yuǎn)端部)被置于開口中以深入錨固，然后同時(shí)將尤其是超聲振動的機(jī)械振動以及指向用于將連接元件壓入開口的力施加到連接元件的最后面(近側(cè))耦合輸入面。在施加振動和力的步驟中，在摩擦熱的作用下，熱塑性材料至少在其與纖維材料或多孔材料接觸的部位液化，之后滲入開口壁上的纖維材料或多孔材料內(nèi)，并在其再凝固后與纖維材料或多孔材料形成形狀配合連接。

在未公開的國際專利申請pct/ep2015/061853中公開了一種將兩個(gè)物體連接的方法，其中具有熱塑性材料的、兩個(gè)物體之一的插入部以過盈配合的方式被插入兩個(gè)物體中另一個(gè)的開口內(nèi)，之后將一定量的適于液化第一種材料的能量尤其是機(jī)械振動能耦合進(jìn)物體內(nèi)并保持足夠的時(shí)間，從而使熱塑性材料液化并在界面處內(nèi)滲入材料內(nèi)，在那里由于過盈配合使兩物體互相壓靠。

盡管這些方法與膠接相比能實(shí)現(xiàn)更好地深入錨固連接元件并且能夠以相當(dāng)高精度定位和高速度地被實(shí)施，但這些方法需要將能量輸入和相當(dāng)?shù)牧κ┘拥竭B接元件的后端(近側(cè))，能量與力的結(jié)合可能會導(dǎo)致突起部(頭部)變形。因此以上方法并不適用于錨固這樣的可液化材料的連接元件，該連接元件的頭部需具有預(yù)定的形狀和位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供將連接元件錨固在液態(tài)的熱塑性材料可滲透的材料制成的物體內(nèi)的方法，該材料尤其為多孔材料和/或在施加靜態(tài)壓力時(shí)產(chǎn)生空洞的材料，例如木材復(fù)合材料或木材或固體泡沫，該方法適于以上所討論類型連接元件，該連接元件的頭部(突起部)必須要與另一個(gè)物體的凹結(jié)構(gòu)相匹配以朝另一物體按壓該物體。

在本發(fā)明第一方面所述的方法中提供了一種連接元件，該連接元件具有深入錨固在物體內(nèi)的錨固部和相對于插入軸線布置在錨固部的近側(cè)的頭部(突起部)。頭部的側(cè)向外表面具有結(jié)構(gòu)并且被尤其明確限定在精密的公差范圍內(nèi)。例如側(cè)向外表面可被構(gòu)造成與另一物體的對應(yīng)結(jié)構(gòu)相匹配，以這種方式使連接元件上的軸向拉力可通過結(jié)構(gòu)被傳遞，因此該結(jié)構(gòu)包括相對于軸向的底切。例如該側(cè)向外表面可包括至少一個(gè)槽和/或至少一個(gè)脊，還可以成為與脊交替布置的至少一個(gè)槽。尤其是外表面需明確限定在例如小于1mm，尤其是小于0.6mm或甚至小于0.2mm的精密公差范圍內(nèi)。

連接元件至少在錨固部的表面上包含熱塑性材料(即，具有熱塑性能的材料)。在實(shí)施例中，連接元件可由熱塑性材料制成。該方法包括相對于物體這樣定位連接元件的另一步驟：使錨固部到達(dá)物體的開口內(nèi)或放置在開口的口部附近，朝遠(yuǎn)側(cè)方向?qū)⑦B接元件(進(jìn)一步)按壓入開口，并且同時(shí)通過工具將一定量的適于液化熱塑性材料的一部分的機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)并保持足夠的時(shí)間，以使熱塑性材料滲透入物體的結(jié)構(gòu)中，其中該方法包括使頭部的側(cè)向外表面保持完好，從而不受按壓和振動的影響。

在按壓和將能量耦合入連接元件的步驟后，停止能量輸入并使熱塑性材料再凝固，以形成牢固的形狀配合連接?？蓪⒐ぞ咭谱摺?/p>

在本文中，“遠(yuǎn)側(cè)”方向通常指施加按壓力的方向?！敖鼈?cè)”方向指相反的方向。常常對于實(shí)施該方法的人員而言，“遠(yuǎn)側(cè)”方向是指“前進(jìn)”方向，“近側(cè)”方向是指“后退”方向。和“前進(jìn)”和“后退”不同，“近側(cè)”和“遠(yuǎn)側(cè)”不僅指方向，也指位置(相對)。

如wo98/042988中所教導(dǎo)地，按壓和將能量耦合入連接元件的步驟會使連接元件朝向遠(yuǎn)側(cè)方向移動。但是這并不是什么問題。根據(jù)pct/ep2015/061853中所教導(dǎo)，也可能由于過盈配合和/或其它力的作用，使得連接元件基本保持靜止。在這些實(shí)施例中，按壓力主要在振動工具和連接元件之間起到機(jī)械連接的作用。

根據(jù)連接元件的使用方式，也可能形成不同的基本結(jié)構(gòu)。對于第一種類型的許多結(jié)構(gòu)而言，插入軸線(可選地為錨固部的對稱軸線)和頭部的軸線(沿該軸線施加上述軸向拉力)是重合或平行的，從而形成共同的連接元件軸線。在該基本結(jié)構(gòu)中，耦合面基本上垂直于連接元件的軸線，錨固有連接元件的物體的表面將基本垂直于連接元件的軸線并因此基本平行于耦合面。

在一些情況下，連接元件將錨固在帶有明確限定的平面的物體(諸如具有大的水平側(cè)邊和窄表面的板)內(nèi)。通常情況或特別在頭部自身不繞軸對稱的情況下，頭部的軸線可以限定為沿垂直于平面表面的方向穿過頭部的中心的軸線，在該平面表面上具有開口且頭部延伸自該平面表面。

本文中頭部的“側(cè)向外表面”可能是相對于頭部軸線的側(cè)向表面，相對于該軸線具有一個(gè)底切。該軸線可能為頭部的對稱軸線。

在許多實(shí)施例中，將機(jī)械振動施加到連接元件的朝向近側(cè)的耦合輸入面，并將其傳遞到連接元件的更遠(yuǎn)側(cè)的區(qū)域，包括例如連接元件的遠(yuǎn)端。據(jù)發(fā)現(xiàn)為達(dá)到此目的，對于應(yīng)用在家具和建筑行業(yè)(帶有例如為1cm-20cm的連接器長度)的連接元件的特征尺寸而言，適用的振動頻率在5khz或10khz和100khz之間，尤其是在15-50khz之間，特別是在18khz-30khz之間，較高的頻率適于在界面處的局部液化(由超聲焊接中已知)。為了將振動傳遞到更遠(yuǎn)端的區(qū)域，可以形成工具(超聲波發(fā)生器)和連接元件共同振動的系統(tǒng)。為了這樣做，需在工具和連接元件的界面上施加相對較大的例如10⁵n/m²或更大的壓力；若施加較小的壓力，那么工具和連接元件之間的耦合就會變得脆弱，經(jīng)受振動的工具會對耦合面進(jìn)行敲擊，而不是將導(dǎo)致大部分能量在界面上被吸收的振動耦合進(jìn)連接元件內(nèi)。

對于耦合了足夠的壓力和頻率(例如大約10-50khz)的共同振動系統(tǒng)而言，距離耦合面幾毫米內(nèi)的區(qū)域都屬于近場區(qū)域。在下文中稱距離耦合面1-2mm內(nèi)的區(qū)域?yàn)椤敖缑鎱^(qū)域”。

據(jù)發(fā)現(xiàn)，即使對于可以在工具和連接元件之間形成相當(dāng)好的耦合的相當(dāng)高的壓力，但是在現(xiàn)實(shí)條件下，一些能量將不可避免地被界面區(qū)域所吸收。這會導(dǎo)致界面區(qū)域的材料變熱，并且由于必須的高壓(對于較低的壓力，耦合會變?nèi)?，在界面區(qū)域的能量流失會變得更多，導(dǎo)致材料更熱)，導(dǎo)致通過材料在側(cè)向-徑向方向上的泄漏所產(chǎn)生的塑性變形。圖1a和圖1b表示一種對比構(gòu)造(不是基于本發(fā)明)，其中的由熱塑性材料制成的連接元件201錨固在物體202(例如刨花板)內(nèi)。圖1a表示最初狀態(tài)，其中連接元件位于物體的開口203內(nèi)，超聲波發(fā)生器206用于朝遠(yuǎn)側(cè)方向按壓連接元件同時(shí)經(jīng)受振動。圖1a中界面區(qū)域的小箭頭表示耦合進(jìn)連接元件內(nèi)的壓力。圖1b表示根據(jù)wo98/042988中的錨固過程末期的構(gòu)造。液化主要發(fā)生在具有較大外部摩擦的位置，即遠(yuǎn)端的附近，在那里熱塑性材料會內(nèi)滲入物體內(nèi)，并在錨固區(qū)域208內(nèi)形成期望的錨固。但是，由于界面區(qū)域的軟化以及壓力的作用，即使在該區(qū)域中并沒有發(fā)生液化，界面區(qū)域內(nèi)的熱塑性材料也會產(chǎn)生微小的變形。這會引起材料向側(cè)方不可控的泄漏，如圖1b中小圈209所示。由于不能準(zhǔn)確預(yù)測高度減小值δx和徑向延伸的擴(kuò)大值δr，這隨后導(dǎo)致與最終尺寸有關(guān)的不確定性。

因此，根據(jù)現(xiàn)有方法無法保持側(cè)向外表面完好，因此也不再能被明確限定。因此，包括將機(jī)械振動施加到朝向近側(cè)的接觸面以液化熱塑性材料的錨固物體的方法到目前為止還被認(rèn)為是不適于錨固在此討論的連接元件。與上述方法不同，本發(fā)明在采用機(jī)械振動來液化熱塑性材料以對錨固部進(jìn)行深入錨固的同時(shí)，還可以保持頭部側(cè)向外部分的完好。

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，用于朝向遠(yuǎn)側(cè)方向按壓連接元件(大體壓靠物體)并將機(jī)械振動耦合進(jìn)連接元件的多種不同的構(gòu)思是可行的。

根據(jù)第一種構(gòu)思，通過將工具壓靠頭部的近端面，由工具施加壓力和機(jī)械振動。如果可以將頭部視為一個(gè)“頭”，那么第一種構(gòu)思的特征在于將連接元件壓在頭上并將機(jī)械振動耦合到頭內(nèi)。在第一種構(gòu)思的實(shí)施例中，將頭部裝備成防止結(jié)構(gòu)化的側(cè)向外表面的功能部分產(chǎn)生任何變形。

根據(jù)第二種構(gòu)思，頭部包括開口朝向近側(cè)的凹槽。工具將壓力和機(jī)械振動施加到凹槽內(nèi)的耦合面上。耦合面包括位于凹槽底部的凹槽端面。附加或替代地，耦合面可包括位于凹槽內(nèi)的肩部。附加地或另一種替代地，耦合面可包括不與插入軸線平行的傾斜的或彎曲的表面部分。

根據(jù)第二方面的內(nèi)容，因此將壓力和振動施加到頭部內(nèi)(頭內(nèi))，或甚至施加到錨固部內(nèi)-壓力和振動被耦合在內(nèi)的耦合面相對于頭部的近端面錯(cuò)位布置。

在實(shí)現(xiàn)第二種構(gòu)思的實(shí)施例中，工具的外形需與凹槽的形狀相匹配，以使工具可自動地與連接元件對準(zhǔn)，并且在過程中對連接元件進(jìn)行導(dǎo)向和/或承載。

通常情況下凹槽有一定深度。凹槽的高寬比至少為0.5或至少為1。

第二種構(gòu)思和第一種構(gòu)思以及第三種構(gòu)思基于這樣的想法：首先經(jīng)由振動工具被壓靠的耦合面被耦合的機(jī)械振動為縱向振動并且將在連接元件中在向前的方向上傳播，因此為向遠(yuǎn)側(cè)傳播，第二，損耗或外部摩擦產(chǎn)生最終將會導(dǎo)致變形的熱，液化現(xiàn)象主要在承受機(jī)械應(yīng)力的元件位置形成。第二種構(gòu)思可導(dǎo)致側(cè)向外表面成為一個(gè)應(yīng)力減小的區(qū)域。

在此，可采用優(yōu)化應(yīng)力分布的方式來使凹槽的形狀和尺寸與頭部的幾何形狀相匹配。尤其是凹槽的高寬比(凹槽的深度和寬度的比值)要足夠大，例如至少為0.5，或至少為1，或至少為1.5。

根據(jù)第三種構(gòu)思，壓力和機(jī)械振動不是施加到頭部，而是施加到錨固部的基表面，因此例如圍繞頭部但除頭部之外地施加。換句話說，不是連接元件的最近側(cè)部分承受壓力和機(jī)械振動，而是連接元件除頭部之外具有近向耦合面，因此工具(超聲波發(fā)生器)也要相應(yīng)地調(diào)整。

該耦合面可尤其具有與頭部和錨固部之間的平面相對應(yīng)的軸向位置。因此，在將連接元件壓向遠(yuǎn)側(cè)并且同時(shí)使用工具將機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)的步驟中，可包括當(dāng)頭部突于該表面的上方時(shí)，施加壓力直到耦合面與物體表面平齊或者是低于物體表面。

同樣第三種構(gòu)思也將會使頭部的側(cè)向外表面的功能部成為應(yīng)力減小的區(qū)域。實(shí)際上在第三種構(gòu)思的實(shí)施例中，整個(gè)頭部都是應(yīng)力減小的。

根據(jù)可能與第一種、第二種、第三種構(gòu)思中任意一方面相結(jié)合的第四種構(gòu)思的內(nèi)容，可采用模具以在將機(jī)械能耦合進(jìn)頭部內(nèi)的至少一段時(shí)間內(nèi)保持頭部的側(cè)向外部形狀。為此，將帶有形狀對應(yīng)于側(cè)向外表面的互補(bǔ)形狀的表面部的該模具與頭部的側(cè)向外表面表面接觸并且例如保持在那里直至停止施加將連接元件朝向遠(yuǎn)側(cè)方向按壓的按壓力。

在實(shí)施第一種構(gòu)思的第一組實(shí)施例中，提供的頭部包括變形受控的最近側(cè)區(qū)域。

在第一組實(shí)施例中，連接元件的近端面將垂直于插入軸線，該軸線也通常是頭部的軸線，或至少與頭部的軸線平行。如果連接元件所錨固的物體具有平表面，近端面將通常大體平行于帶有開口的表面。

在第一組實(shí)施例中，因此該方法包括：

-提供尤其是以上討論的類型的連接元件，其包括深入地錨固在物體內(nèi)的錨固部，以及相對于插入軸線布置在錨固部近側(cè)的頭部，其中頭部具有側(cè)向外表面，例如帶有底切或適用于與不同部分一起形成鍵孔功能的其它結(jié)構(gòu)的側(cè)向外表面，其中連接元件至少在錨固部的表面上包含熱塑性材料，

-這樣地相對于物體定位該連接元件：使錨固部到達(dá)物體的開口內(nèi)，或者放置在開口的口部附近，

-朝遠(yuǎn)側(cè)方向按壓連接元件并且同時(shí)通過工具將一定量的適于液化熱塑性材料的一部分的機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)并保持足夠的時(shí)間，以使熱塑性材料滲透入物體的結(jié)構(gòu)中，

-其中在按壓的步驟中，將工具的耦合輸出面壓靠到連接元件的近端面，在耦合輸出面和近端面之間形成工具-連接元件的界面，其中界面的徑向延伸小于頭部的徑向延伸。

因此在第一組實(shí)施例中，由徑向延伸小于頭部的徑向延伸的工具-連接元件的界面形成變形受控區(qū)域，即該界面并沒有達(dá)到側(cè)向外表面的功能部。這可以采用徑向延伸小于頭部的工具來實(shí)現(xiàn)，或者是通過下文將要討論的連接元件的近端突起來實(shí)現(xiàn)，或者同時(shí)采用兩者。

在第一組實(shí)施例的第一子組中，提供作為變形受控區(qū)域的近端突起，其徑向延伸要小于頭部的徑向延伸，即該變形區(qū)域并沒有徑向延伸到達(dá)側(cè)向外表面的功能部。

在第一組實(shí)施例的第二子組中，工具的耦合輸出面的徑向延伸小于頭部的徑向延伸。

許多實(shí)施例既屬于第一子組又屬于第二子組。

尤其是在第二子組的實(shí)施例中，工具的耦合輸出面可是非水平的，并且以類似模具的方式使變形受控成為可能。

假使頭部圍繞插入軸線旋轉(zhuǎn)對稱(頭部基本上呈回轉(zhuǎn)體)，變形受控區(qū)域可能為環(huán)形或圓盤形。該區(qū)域的軸向延伸t可能在0.1mm-2mm之間，尤其在0.2mm-1mm之間。

根據(jù)第二組實(shí)施例，連接元件包括可液化部和不可液化部。

在第二組實(shí)施例的許多例子中，該方法包括使連接元件帶有由不可液化部組成的朝向近側(cè)的耦合面，其中關(guān)于將機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)的步驟，當(dāng)工具振動時(shí)，將工具壓靠到耦合面。

在第二組實(shí)施例的這些例子中，將連接元件錨固在物體內(nèi)的方法包括：

-提供尤其是以上討論的類型的連接元件，其包括深入地錨固在物體內(nèi)的錨固部，以及相對于插入軸線布置在錨固部近側(cè)的頭部，其中頭部具有帶有底切的側(cè)向外表面，其中連接元件至少在錨固部的表面上包含熱塑性材料，

-這樣相對于物體定位該連接元件：使錨固部到達(dá)物體的開口內(nèi)，或者放置在開口的口部附近，

-朝遠(yuǎn)側(cè)方向按壓連接元件并且同時(shí)通過工具將一定量的適于液化熱塑性材料的一部分的機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)并保持足夠的時(shí)間，以使熱塑性材料滲透入物體的結(jié)構(gòu)中，

-其中在按壓的步驟中，該連接元件帶有由不可液化材料制成的朝向近側(cè)的耦合面，其中關(guān)于將機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)的步驟，當(dāng)工具振動時(shí)，將工具壓靠到耦合面。

第二組實(shí)施例中包括實(shí)施第一種構(gòu)思的實(shí)施例、實(shí)施第二種構(gòu)思的實(shí)施例和實(shí)施第三種實(shí)施例的實(shí)施例。

在本文中，通?！安豢梢夯牧稀笔侵冈谶^程中達(dá)到的溫度下(因此特別是熱塑性材料的液化溫度下)不液化的材料。這并不排除該材料在未在過程中達(dá)到的溫度下液化的可能性，通常該溫度要遠(yuǎn)高于(例如至少為80℃)熱塑性材料的液化溫度(用于無定形熱塑性材料的結(jié)晶聚合物的熔融溫度要高于使其能充分流動的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，有時(shí)也稱玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度為流動溫度(有時(shí)可定義為可被擠壓的最低溫度)，例如在此溫度下材料的黏度會降到10⁴pa*s以下(在實(shí)施例中，尤其是實(shí)質(zhì)上沒有纖維增強(qiáng)的聚合物，黏度小于10³pa*s))。例如，該不可液化材料可是金屬如鋁、鋼，也可能是木材或硬塑料，例如增強(qiáng)的或未增強(qiáng)的熱固性聚合物，例如增強(qiáng)的或未增強(qiáng)的熱塑性塑料，其熔融溫度和/或玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度相當(dāng)?shù)馗哂诳梢夯康娜廴跍囟?玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，例如熔融溫度和/或玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度至少要高50℃或80℃。

在第二組實(shí)施例第一子組的例子中，頭部的至少一部分(尤其具有結(jié)構(gòu)化的側(cè)向外表面的至少一部分)由不可液化材料制成。然后連接元件包括該不可液化部同時(shí)也包括可液化部，該可液化部包括錨固部的至少一個(gè)外表面。

在第二組實(shí)施例第二子組的例子中，頭部的結(jié)構(gòu)化側(cè)向外表面由可液化熱塑性材料制成，并且含有不可液化材料的部分是結(jié)合在可液化部中的插件。

在實(shí)施例中，尤其是第二子組的實(shí)施例中(同樣也在在此描述的其他小組或組的實(shí)施例中)，耦合面可相對于連接元件的近端面錯(cuò)位布置。尤其是，根據(jù)前文所述第二種構(gòu)思的內(nèi)容，頭部可包括在近端面中的凹槽，并且耦合面可布置在凹槽內(nèi)，尤其是布置在凹槽的底部。在具體的實(shí)施例中，凹槽的高寬比可至少為0.5或者甚至至少為1。

在第二子組實(shí)施例的示例中，不可液化部(整體部件)可包括耦合板。例如實(shí)施第二種構(gòu)思的該耦合板可被設(shè)置在可從近側(cè)接近的凹槽的底部，工具接合在凹槽中。

可替代地，根據(jù)第一種構(gòu)思，該耦合板可提供為最近側(cè)的板。在此，該板的徑向(側(cè)向)延伸小于整個(gè)頭部的徑向延伸。

在第二子組實(shí)施例的另一示例中，不可液化部可能包括從耦合面向遠(yuǎn)側(cè)延伸的銷部分。例如該銷部分可從在頭部中的耦合面向遠(yuǎn)側(cè)延伸到錨固部。該帶銷部分的一體式不可液化部可帶來也抵銷剪切力的附加的強(qiáng)度。

該銷部分延伸進(jìn)入的可液化部的內(nèi)腔可是延伸到遠(yuǎn)端的通孔。這些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于通過通孔可便于可液化部的注射成型，從而更加容易避免形成空洞(例如氣泡)。

在第二組實(shí)施例的示例中，可液化部和不可液化部可通過以下至少一種方法被接合在一起：

-壓配合；

-粘接；

-由可液化部內(nèi)滲入不可液化部的結(jié)構(gòu)所形成的形狀配合連接。

根據(jù)第一可選方式，可液化部和不可液化部可構(gòu)成整體的預(yù)制連接元件。例如，兩部分可注射成型在一起，即可將可液化部注射成型并置于不可液化部上(嵌件成型/包覆成型)。同樣也可通過獨(dú)立于注射成型步驟的加工步驟來進(jìn)行預(yù)組裝，例如膠粘步驟。

根據(jù)第二可選方式，可在方法本身的期間和作為方法的一部分實(shí)現(xiàn)連接在一起。這樣，連接元件的可液化部和不可液化部可被提供為單獨(dú)的部件。

在可液化部和不可液化部之間需要形狀配合連接的實(shí)施例中，則不可液化部包括帶有適于與可液化材料形成形狀配合連接的底切的表面結(jié)構(gòu)(通過至少一個(gè)凹口等)。在將連接元件朝向遠(yuǎn)側(cè)按壓并且同時(shí)將機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)的步驟中，在機(jī)械振動能被耦合進(jìn)不可液化部和/或可液化部時(shí)可液化部和不可液化部被彼此壓靠，直至與不可液化部接觸的可液化部材料液化，滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)，從而在再凝固后，可與不可液化部形成形狀配合連接。

補(bǔ)充或替代地，可液化部和不可液化部之間可通過壓配合連接，也可通過施加并將振動能耦合入連接元件的步驟與粘接組合使用。

更通常地，根據(jù)第二組的一些實(shí)施例，該方法包括將可液化部和不可液化部由最初的單獨(dú)部件組裝在一起的步驟，尤其是通過在單獨(dú)的方法步驟中施加機(jī)械能或附加的機(jī)械能或可能的熱來實(shí)現(xiàn)。同樣，也可通過夾持等方法將部件組裝在一起。

另外，在第一子步驟中，通過振動和按壓來錨固可液化部是可能的，且在單獨(dú)的子步驟后，組裝不可液化部和可液化部是可能的。

在第三組實(shí)施例中，用熱塑性材料制成的耦合面實(shí)施第二種構(gòu)思。

尤其是在第二種構(gòu)思的實(shí)施例中，連接元件可是由熱塑性材料制成的一體件。

在第三組實(shí)施例的示例中，可使用壓靠連接元件的近端面且?guī)в旭詈厦娴某暡òl(fā)生器，耦合面包括在凹槽內(nèi)的第一耦合面部分和圍繞凹槽的圓周的第二耦合面部分。在此，根據(jù)第一種構(gòu)思，如果第二耦合面部分并未延伸達(dá)到頭部的側(cè)向延伸，這是優(yōu)選的。

實(shí)施第二種構(gòu)思時(shí)，該方法包括：

-提供尤其是以上討論的類型的連接元件，其包括深入地錨固在物體內(nèi)的錨固部，以及相對于插入軸線布置在錨固部近側(cè)的頭部，其中頭部具有帶有底切的側(cè)向外表面，其中連接元件至少在錨固部的表面上包含熱塑性材料，并且其中頭部包括開口朝向近側(cè)的凹槽，

-這樣地相對于物體定位該連接元件：使錨固部到達(dá)物體的開口內(nèi)，或者放置在開口的口部附近，并且將工具相對于連接元件定位成使工具到達(dá)凹槽內(nèi)，

-將工具的耦合輸出面壓靠到連接元件的耦合面，連接元件的耦合面由凹槽的表面構(gòu)成，從而朝向遠(yuǎn)側(cè)方向按壓連接元件并且同時(shí)通過工具將一定量的適于液化熱塑性材料的一部分的機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)并保持足夠的時(shí)間，以使熱塑性材料滲透入物體的結(jié)構(gòu)中。

在第三組實(shí)施例的示例中，除了錨固部的表面外，熱塑性材料還至少布置在耦合面處。

在第四組實(shí)施例中，實(shí)施第三種構(gòu)思。為此，連接元件包括用作為耦合面的朝向近側(cè)的錨固部的基部表面。這可意味著連接元件形成有在頭部和錨固部之間的肩部。

在第四組實(shí)施例中，因此該方法包括：

-提供尤其是以上討論的類型的連接元件，其包括深入地錨固在物體內(nèi)的錨固部，以及相對于插入軸線布置在錨固部近側(cè)的頭部，其中頭部具有帶有底切的側(cè)向外表面，其中連接元件至少在錨固部的表面上包含熱塑性材料，

-這樣地相對于物體定位該連接元件：使錨固部到達(dá)物體的開口內(nèi)，或者放置在開口的口部附近，并且將工具相對于連接元件定位成使工具到達(dá)凹槽內(nèi)，

-將工具的耦合輸出面壓靠到連接元件的耦合面，從而朝向遠(yuǎn)側(cè)方向按壓連接元件并且同時(shí)通過工具將一定量的適于液化熱塑性材料的一部分的機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)并保持足夠的時(shí)間，以使熱塑性材料滲透入物體的結(jié)構(gòu)中。

該頭部可從錨固部起向近側(cè)延伸并由此從耦合面向近側(cè)延伸。

尤其是，實(shí)施按壓和耦合能量的步驟直至耦合面與物體表面平齊或低于表面，使頭部從物體中突出。

在一個(gè)例子中，連接元件可能包括位于頭部遠(yuǎn)側(cè)的錨固部主體，該錨固部主體形成肩部并因此包括耦合面。在主體的遠(yuǎn)側(cè)，錨固部可包括在錨固過程中或者在物體的至少一個(gè)預(yù)制的對應(yīng)開口中突出，或者通過物體的開口被壓入物體的一個(gè)或多個(gè)突起。

在第四組實(shí)施例的示例中，至少一個(gè)突起可大體布置在耦合面的側(cè)向位置，即突起僅軸向地與耦合面間隔開且不在例如頭部中心的下方。這使通過通過軸向聲波傳遞直接將機(jī)械振動耦合進(jìn)突起內(nèi)成為可能，從而特別簡化了連接元件的設(shè)計(jì)。

對于許多應(yīng)用而言，不希望連接元件中除頭部外的其它部件的突出高于其被固定到的物體的表面。因此，該方法可包括提供帶有開口的物體，該開口的側(cè)向尺寸適配于錨固部主體的側(cè)向尺寸，并且其深度對應(yīng)于主體的高度或者稍低于該高度或大于該高度，并且實(shí)施按壓和將振動耦合進(jìn)工具的步驟直至耦合面與物體的表面平齊或者低于該表面，例如由于預(yù)制的沉孔。

用于將壓力和振動耦合入連接元件的工具需要對其形狀進(jìn)行適形。它尤其可包括遠(yuǎn)向耦合輸出面，耦合輸出面的形狀對應(yīng)于耦合面的形狀，并留有用于頭部近側(cè)地突出在錨固部主體上方的空間。例如超聲波發(fā)生器大體呈圓頂狀且?guī)в协h(huán)形耦合面和為頭部保留的中空空間。

第四組實(shí)施例中的示例也可能屬于第二組實(shí)施例，即包括不可液化材料的部件。尤其是錨固部主體可通過板或類似物被強(qiáng)化，和/或頭部可包括，例如甚至由用于增加機(jī)械強(qiáng)度的不可液化材料組成。

在第五組實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了第四種構(gòu)思。為此，將例如可包括從相對的側(cè)向接近頭部的兩個(gè)殼體的模具相對于頭部放置至少一定的時(shí)間，在該期間，將按壓力作用到連接元件上。例如，在施加機(jī)械振動和壓力的全區(qū)段中應(yīng)用該模具。

在第五組實(shí)施例中，因此該方法包括：

-提供尤其是以上討論的類型的連接元件，其包括深入地錨固在物體內(nèi)的錨固部，以及相對于插入軸線布置在錨固部近側(cè)的頭部，其中頭部具有帶有底切的側(cè)向外表面，其中連接元件至少在錨固部的表面上包含熱塑性材料，

-這樣相對于物體定位該連接元件：使錨固部到達(dá)物體的開口內(nèi)，或者放置在開口的口部附近，

-朝向遠(yuǎn)側(cè)方向按壓連接元件并且同時(shí)通過工具將一定量的適于液化熱塑性材料的一部分的機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)并保持足夠的時(shí)間，以使熱塑性材料滲透入物體的結(jié)構(gòu)中，

-其中在按壓步驟中，至少部分時(shí)間內(nèi)，形狀對應(yīng)于頭部的側(cè)向外表面的至少一互補(bǔ)部分的模具保持貼靠頭部的側(cè)向外表面。

在此，尤其是超聲波發(fā)生器仍然只作用在連接元件上，并且在插入過程中與模具的近側(cè)面沒有振動接觸。

根據(jù)第五組實(shí)施例的方法可單獨(dú)使用，也可能作為第一組、第二組、第三組和/或第四組實(shí)施例中的任意示例的補(bǔ)充手段，在這些實(shí)施例中側(cè)向外表面由熱塑性材料制成。

根據(jù)發(fā)明第一方面(也根據(jù)其在后描述的第二方面)的本發(fā)明還涉及在本文中限定且所描述類型的連接元件，其帶有參考根據(jù)本發(fā)明的方面和構(gòu)思的方法的各個(gè)實(shí)施例所描述的特征。本發(fā)明還涉及在此描述且要求保護(hù)的連接元件和此類工具(超聲波發(fā)生器)的組件。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面連接元件，用于借助熱塑性材料和機(jī)械振動被錨固在物體內(nèi)，因此連接元件可包括：

-深入地錨固在物體內(nèi)的錨固部，

-錨固部近側(cè)的頭部，

-連接元件至少在錨固部的表面上包含熱塑性材料，其中滿足至少一個(gè)下述的條件：

-頭部的近端突起的徑向延伸小于頭部的徑向延伸(條件a)；

-頭部包括開口朝向近側(cè)的凹槽，凹槽寬度足以使工具在凹槽內(nèi)接合連接元件以將機(jī)械振動耦合入連接元件，使得在錨固部表面附近的熱塑性材料部分被液化，而頭部的側(cè)向最外表面部分仍保持完好(條件b)；

-連接元件包括可液化部和不可液化部，不可液化部形成用于通過工具將機(jī)械振動耦合入連接元件的近向耦合輸入面(條件c)；

-錨固部包括錨固部主體和朝向遠(yuǎn)側(cè)遠(yuǎn)離錨固部主體的至少一個(gè)突起，其中錨固部主體形成了在頭部附近的近向耦合面(條件d)。

例如可通過將連接元件置于膠合板物體的安裝孔內(nèi)并使用裝入凹槽的超聲波發(fā)生器來測試條件b，該超聲波發(fā)生器承受頻率為20khz的機(jī)械振動，被相當(dāng)于5*105n/m²的按壓力以約40μm的幅度按壓。如果即使在較長的時(shí)間內(nèi)(例如達(dá)到20s)施加機(jī)械振動，但仍未產(chǎn)生液化或僅圍繞超聲波發(fā)生器局部地液化，則該凹槽的尺寸不滿足條件b的要求，或者是定位銷的長度不適合在共振中振動。但是如果在錨固部-膠合板的界面處開始液化，則滿足條件b。

本發(fā)明的第二方面可以應(yīng)用在第一方面注射成型的連接元件或任何其它適于通過與在橫截面上的截面(因此在垂直于插入軸線的截面中)有關(guān)的機(jī)械振動被錨固的連接元件的任意實(shí)施例中。制作含有熱塑性材料的連接元件的常用經(jīng)濟(jì)的方法為注射成型。尤其對于大塊部件，在注射成型中可能遇到的問題為生成空洞。

本發(fā)明在這方面已意識到，如果注射成型的部件的橫截面是勻質(zhì)的，則可防止空洞形成，這不僅是軸向位置的作用，也是橫截面的作用。尤其是，如果距模具壁最內(nèi)部的距離之間的差值是相當(dāng)均勻的，則對于注射成型過程是有利的。

在許多實(shí)施例中，連接元件通常呈帶有頭部和形成桿的細(xì)長銷狀錨固部的細(xì)長形狀。

例如在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例中，提供了一種用于錨固在由可透材料制成的物體內(nèi)的連接元件，該連接元件包括用作深入地錨固在物體內(nèi)的錨固部的桿，以及帶有朝向遠(yuǎn)側(cè)的肩部或在頭部和錨固部之間的邊界線的頭部，連接元件至少在錨固部的表面上包含熱塑性材料，其中滿足至少一個(gè)下述的條件：

-頭部包括開口朝向近側(cè)的凹槽，該凹槽基本軸向延伸穿過整個(gè)頭部(第一條件)，尤其是穿過整個(gè)頭部甚至可能更遠(yuǎn)，超出頭部并進(jìn)入桿部；

-錨固部包括沿軸向延伸的至少一個(gè)槽，該槽的深度至少為桿平均直徑的15％(第二條件)。

在此“在軸向上延伸”并不意味著所述至少一個(gè)槽嚴(yán)格地平行于插入軸線。相反，例如也可以是稍微螺旋形的形狀；通常角度不應(yīng)相對于軸線超過約30°。

第一條件意味著，凹槽的平均側(cè)向延伸基本相當(dāng)于頭部的側(cè)向延伸；例如它可為頭部直徑的40％或50％。凹槽的軸向延伸(深度)相當(dāng)于頭部的軸向延伸的至少約80％，通常為100％甚至更多。

在第二條件中，槽由于其深度，明顯有別于現(xiàn)有的連接元件的能量導(dǎo)向肋之間形成的槽。除槽外的表面部分(如果存在多個(gè)槽，位于槽之間)通常呈平滑凸出狀，并可能另外形成能量導(dǎo)向件。該除槽外的表面部分可具有明顯的周向延伸。

該槽可在錨固部的整個(gè)軸向長度上延伸。

在第二方面的一組實(shí)施例中，桿的側(cè)表面通常為起伏的，能量導(dǎo)向件可位于起伏的峰部上。

在另一組實(shí)施例中，錨固部包括交錯(cuò)地布置在桿的相對側(cè)處的多個(gè)槽。在該位置處，槽的深度dg為該位置處的側(cè)向延伸e至少30％、至少40％或至少為50％，至多為80％。

尤其是，在另一組實(shí)施例中，橫截面大體呈s形。

在另一組實(shí)施例中，盡管由于槽導(dǎo)致材料量減少，但是連接元件相對于沿著平行于槽的主軸方向作用的載荷具有相當(dāng)大的機(jī)械強(qiáng)度，然而沿著垂直于槽的短軸方向的機(jī)械強(qiáng)度相比實(shí)心圓筒有所降低。由于多個(gè)交錯(cuò)布置的槽導(dǎo)致與t形桿或(多個(gè)t形桿)設(shè)計(jì)相當(dāng)?shù)男Ч?/p>

同樣，在該組實(shí)施例中，如果對槽的深度和形狀進(jìn)行相應(yīng)選定，那么材料強(qiáng)度均勻性會特別高。

本發(fā)明還涉及到用于實(shí)施本發(fā)明在前描述方法的設(shè)備。為此，該設(shè)備包括用于相對于物體定位連接元件的連接元件定位裝置、用于夾持物體的夾持裝置和用于朝遠(yuǎn)側(cè)方向按壓物體超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器同時(shí)將一定量的適于液化熱塑性材料的一部分的機(jī)械振動能耦合進(jìn)連接元件內(nèi)并保持足夠的時(shí)間，以使熱塑性材料滲透入物體的結(jié)構(gòu)中，其中該設(shè)備被進(jìn)一步構(gòu)造成使頭部的側(cè)向外表面保持完好。

例如通過一旦滿足預(yù)定條件就停止產(chǎn)生波發(fā)生器的任何向前運(yùn)動(撞擊連接元件)的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)使頭部側(cè)向外表面保持完好的功能。該預(yù)定條件可尤其是超聲波發(fā)生器的耦合輸出面已經(jīng)到達(dá)距物體預(yù)定距離的位置-例如相當(dāng)于頭部的軸向延伸的距離，可能減掉由連接元件被錨固在其中的物體的微小變形所產(chǎn)生的或者由近端突起15變形所產(chǎn)生的微小行進(jìn)距離(例如小于1毫米)。

補(bǔ)充地或替代地，該設(shè)備可能包括能夠?qū)嵤└鶕?jù)前述的第五組實(shí)施例的方法的模具。

通常情況下，在本發(fā)明的所有方面和構(gòu)思中，至少在將被連接元件錨固的物體位置處的材料需要是可以被熱塑性材料滲透。至少在根據(jù)本發(fā)明的方法的條件下，適用于根據(jù)本發(fā)明的方法的可滲透材料是固態(tài)的。它還包括(實(shí)際的或潛在的)空間，液化的材料可以流入其中或被壓入其中以用于錨固。其例如是纖維狀或多孔的或包括可滲透的表面結(jié)構(gòu)，它們例如由適當(dāng)?shù)募庸せ蛲繉?實(shí)際滲透空間)制成?；蛘?，可滲透材料能夠在液化的熱塑性材料的液體靜壓力下顯露出這樣的空間，這意味著在環(huán)境條件下，它可能不是可滲透的或僅在非常小的程度上可滲透。該性質(zhì)(具有潛在的滲透空間)意味著例如在機(jī)械阻力方面不均勻。具有這種性質(zhì)的材料的一個(gè)示例是其孔由能被從孔中壓出的材料填滿的多孔材料、軟質(zhì)材料和硬質(zhì)材料或非均勻物質(zhì)材料(如木材)的組合物，其中組分之間的界面粘合力小于由滲透液化材料所施加的力。因此，通常，滲透材料在結(jié)構(gòu)方面(“空的”空間如毛孔、空洞等)或在材料成分(可置換材料或可分離材料)方面包含不均勻性。

可用于根據(jù)本發(fā)明的方法中的可滲透材料的示例為固態(tài)材料，例如木材、膠合板、刨花板、紙板、混凝土磚材料、多孔玻璃、金屬泡沫、陶瓷、聚合物材料、燒結(jié)陶瓷、玻璃或金屬材料，其中這種材料包括熱塑性材料可以滲透的空間，該空間最初填充有空氣，或者填充有其它可置換或可壓縮材料。另外的示例為具有上述特性的復(fù)合材料或者表面具有合適的粗糙度的材料，合適的機(jī)加工后的表面結(jié)構(gòu)或者合適的表面涂層(例如由顆粒組成)。如果可滲透材料具有熱塑性能，那么在錨固步驟期間保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度是有必要的，這或者通過包含機(jī)械穩(wěn)定相，或者通過通過材料具有比在錨固步驟中液化的熱塑性材料高得多的熔融溫度來實(shí)現(xiàn)。

適用于根據(jù)本發(fā)明的方法的材料在室溫下(或在該方法實(shí)施的溫度下)為固態(tài)。它優(yōu)選包括從固體轉(zhuǎn)變成液體或在臨界溫度范圍以上可流動的聚合物相(特別是基于c，p，s或si鏈)，例如通過熔融，并且當(dāng)再次冷卻到臨界溫度范圍以下時(shí)，重新轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w材料，由此固相粘度比液相粘度高幾個(gè)數(shù)量級(至少三個(gè)數(shù)量級)。熱塑性材料通常將包含未交聯(lián)的聚合物組分，其交聯(lián)方式使得當(dāng)加熱至或高于熔融溫度范圍時(shí)交聯(lián)鍵可逆地打開。聚合物材料還可以包含例如為纖維或材料顆粒的填料，其不具有熱塑性或具有包括下述熔融溫度范圍的熱塑性，該熔融溫度范圍顯著高于基礎(chǔ)聚合物的熔融溫度范圍。

適用于根據(jù)本發(fā)明的方法的熱塑性材料的示例是熱塑性聚合物、共聚物或填充聚合物，其中基礎(chǔ)聚合物或共聚物是例如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尤其是聚酰胺12、聚酰胺11、聚酰胺6或聚酰胺66)、聚甲醛、聚碳酸酯聚氨酯、聚碳酸酯或聚酯碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈(asa)、苯乙烯聚烯腈、聚氯乙烯、聚苯乙烯或聚醚酮(peek)、聚醚酰亞胺(pei)、聚砜(psu)、聚(對苯硫醚)(pps)、液晶聚合物(lcp)等。lcp是特別有意義的，因?yàn)樗鼈冊谌廴谄陂g的粘度急劇下降使得它們能夠滲透在可滲透材料中的非常細(xì)小的空間中。

在某些應(yīng)用中，尤其是如果機(jī)械振動將在熱塑性材料中傳播可觀的距離，至少為0.5gpa，或優(yōu)選至少1.0gpa的彈性系數(shù)(環(huán)境溫度下)時(shí)是有利的。

適用于根據(jù)本發(fā)明的方法的機(jī)械振動或振蕩優(yōu)選地具有處于2至200khz(甚至更優(yōu)選10至100khz，或20至40khz)之間的頻率和活性表面的每平方毫米0.2至20w的振動能量。振動工具(例如超聲波發(fā)生器)是例如設(shè)計(jì)成使得其接觸面主要沿工具軸線(縱向振動)方向振蕩，并且振幅在1至100微米之間，優(yōu)選地在30至60微米的范圍內(nèi)。這種優(yōu)選的振動是由例如超聲波焊接領(lǐng)域已知的例如超聲波裝置產(chǎn)生的。

附圖說明

下文結(jié)合示意附圖，對本發(fā)明的原理和實(shí)施例進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)的描述。在附圖中，同樣的標(biāo)號代表著相同或相似的元件。附圖表示：

圖1a和1b為表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對連接元件進(jìn)行錨固的縱向剖面圖(在平行于軸線的平面上的截面圖)；

圖2a-2e為表示根據(jù)本方明的方法對連接元件進(jìn)行錨固的縱向剖視圖；

圖3為圖2a中連接元件的變型例；

圖4a-4b為根據(jù)本發(fā)明的方法錨固另一個(gè)連接元件的放大的縱向剖視圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的方法錨固又一個(gè)連接元件的縱向剖視圖；

圖6-7為示出了再一個(gè)連接元件的縱向剖視圖；

圖8為根據(jù)本發(fā)明的方法錨固復(fù)一個(gè)連接元件的縱向剖視圖；

圖9-10為圖8中連接元件的變型例；

圖11為示出了將連接元件錨固在板內(nèi)的縱向剖面圖，其中連接元件的端面不垂直于板平面；

圖12為根據(jù)本發(fā)明的方法錨固另一連接元件的縱向剖面圖；

圖13為圖13中連接元件的變型例；

圖14為包含有兩個(gè)獨(dú)立部件的連接元件的縱向剖視圖；

圖15a-15b為錨固包含有兩個(gè)獨(dú)立部件的另一連接元件的縱向剖面圖；

圖16為錨固包含有兩個(gè)獨(dú)立部件的又一連接元件的縱向剖面圖；

圖17a-17c連接元件部件之間的連接的放大的縱向剖面圖；

圖18-19示出了另一個(gè)連接元件部件之間的連接，以及錨固后的另一個(gè)連接元件；

圖20-21為又一個(gè)由兩個(gè)部件組成的連接元件的縱向剖面圖；

圖22為將圖20中所表示的連接元件錨固在板內(nèi)，該連接元件的端面不與板平面垂直；

圖23a-25為又一個(gè)連接元件的俯視圖和縱向剖面圖，以及用于錨固連接元件的超聲波發(fā)生器的俯視圖；

圖26-29為連接元件的另一個(gè)實(shí)施例的錨固部的橫向剖視圖(剖視圖垂直于插入軸線)；

圖30-32為第一組實(shí)施例中另一個(gè)實(shí)施例的放大圖；

圖33a和圖33b為第三組實(shí)施例中連接元件的實(shí)施例；

圖34為第五組實(shí)施例的應(yīng)用原理；

圖35a和圖35b為連接元件的再一個(gè)實(shí)施例；和

圖36和37為用于實(shí)施該方法的裝置的原理圖。

具體實(shí)施方式

圖2a中表示，連接元件1包括頭部11和錨固部12。在頭部和錨固部之間形成有朝向遠(yuǎn)端的肩部18，在以下將描述的錨固過程中，該肩部可用作為止動面。

可能除了錨固部12的外表面的諸如肋或凸起部的能量集中件外(圖2a中未示出)，連接元件1基本上圍繞其軸10旋轉(zhuǎn)對稱。

頭部11具有側(cè)向外表面，其被成形為接合到另一物體的凹形件的對應(yīng)結(jié)構(gòu)中，使得錨固有裝配件的物體和該另一物體可以彼此組裝。尤其是，側(cè)向外表面具有能與凹形件形成形狀配合連接的結(jié)構(gòu)13，其方式是在形狀配合方式中能在頭部11和凹形件之間傳遞軸向(相對于軸10)的力(與摩擦配合不同，在形狀配合連接中，連接力具有垂直于表面的分量-連接的物體彼此交錯(cuò))。

更特別的是，在所描述的實(shí)施例中，該頭部具有至少一個(gè)槽14。

在本實(shí)施例和本文所討論的任何其它實(shí)施例中，頭部可根據(jù)wo2013/104422的教導(dǎo)來成形并可具有用作其中描述的接頭的凸形件的功能。

頭部11還具有環(huán)狀的且厚度(軸向延伸)通常為2毫米或者更小的近端突起15。近端突起15的徑向延伸比頭部11的側(cè)向最外表面14的延伸明顯小d例如至少0.5毫米或至少1毫米?？蛇x除了可用于將連接元件與超聲波發(fā)生器對齊(如通過與超聲波發(fā)生器的相應(yīng)的引導(dǎo)突起61配合)的導(dǎo)向孔16外(可選地比示出地更加軸向地延伸進(jìn)入頭部且甚至可能進(jìn)入錨固部)，由近端突起構(gòu)成的朝向近端的耦合表面垂直于軸10并且為平坦的。

在圖2a的實(shí)施例中，連接元件是由熱塑性材料制成的一體件。

可采用超聲波發(fā)生器6來實(shí)施在圖2b中示出的錨固過程。超聲波發(fā)生器的遠(yuǎn)端耦合面的形狀與連接元件近端面的形狀相適應(yīng)。

為了實(shí)施該過程，以將錨固部12突入物體的開口3的方式相對于物體2放置連接元件。開口可定尺寸為，如圖2b中的示意說明及例如在wo98/042988中所教導(dǎo)的，其徑向延伸稍大于錨固部的徑向延伸，使得能夠基本上無作用地插入錨固部?；蛘?，還可以將開口定尺寸為當(dāng)導(dǎo)入連接元件時(shí)，正如例如以其整體通過援引引入到本文中的瑞士專利申請00824/14中所教導(dǎo)的那樣，在連接元件和物體之間形成過盈配合。

圖2b中也表示出了物體的表面20，開口3在表面20上具有口部，即開口可以自表面20延伸進(jìn)入物體2的內(nèi)部。

在過程期間，如圖2c所示，超聲波發(fā)生器6可在遠(yuǎn)端方向上將連接元件壓靠在物體上，這時(shí)來自超聲波發(fā)生器6的振動通過耦合面耦合到連接元件直至熱塑性材料在振動和壓力的作用下開始液化，并被壓入物體的結(jié)構(gòu)中。這將形成熱塑性材料滲入物體中的區(qū)域8，該區(qū)域在再凝固后在連接元件1和物體2之間形成形狀配合連接。

錨固部12可包括諸如遠(yuǎn)端尖頭19和/或徑向肋或凸起部或其它結(jié)構(gòu)的能量導(dǎo)向器，例如。如圖2c所示，遠(yuǎn)端附近的能量導(dǎo)向器(位于遠(yuǎn)端附近和頭部遠(yuǎn)端的連接元件的區(qū)域可被稱為“桿部分”)可能會導(dǎo)致液化，并最終導(dǎo)致側(cè)向圍繞桿部分的滲入?yún)^(qū)域8。

由于在超聲波發(fā)生器6和連接元件近端表面之間在緊鄰耦合面的接口區(qū)域的不完美的耦合，以及由于接觸壓力，在固定過程中熱塑性材料可能會產(chǎn)生變形。由于壓力的作用，這將導(dǎo)致在側(cè)向上壓出熱塑性材料。由于該變形區(qū)域，使得已經(jīng)流出的材料部分9不會與結(jié)構(gòu)化的側(cè)向最外側(cè)表面干涉。

同樣，由于帶有接口的結(jié)構(gòu)沒有徑向地達(dá)到側(cè)向最外側(cè)表面，作用于最接近超聲波發(fā)生器6的側(cè)向最外側(cè)表面的區(qū)域19的機(jī)械載荷是相對較小的(圖2d中的箭頭示意表示了機(jī)械載荷)，因此不會出現(xiàn)任何發(fā)生變形的趨勢。

如圖2e所示，在實(shí)際操作中，(可選用的)導(dǎo)向突起61的相關(guān)尺寸和頭部11的(也可選用的)導(dǎo)向孔16的相關(guān)尺寸是相適應(yīng)的，使得導(dǎo)向突起就不會接觸到導(dǎo)向孔61的底面。因此，可以明確地限定，只能通過突起15來將壓力和振動耦合進(jìn)連接元件，而沒有耦合進(jìn)導(dǎo)向孔的底部的部分，這特別明確地定義了系統(tǒng)。

圖3示出了圖2a中的連接元件的變型例的最近端部分。在該變型例中，首先導(dǎo)向孔16變得更大。其次，導(dǎo)向孔呈圓錐形。再次，在導(dǎo)向孔的側(cè)壁和近端耦合面之間形成了圓滑過渡。該圓滑過渡為表面的彎曲部分31。由于該彎曲部分，進(jìn)一步減小了作用于界面區(qū)域上的壓力。

圖4a示出了帶有非平面耦合面的變型例。連接元件1的耦合面連續(xù)地彎曲以與超聲波發(fā)生器6的相應(yīng)彎曲的耦合輸出面配合使用。同時(shí)該設(shè)計(jì)形成了在界面處沒有局部應(yīng)力集中的應(yīng)力分布。

另外，按照前述實(shí)施例，超聲波發(fā)生器的寬度ws小于頭部的寬度wh。因此，如圖4b表示，由變形區(qū)域內(nèi)的熱塑性材料局部軟化造成的已流出的材料部分9因此不會再與頭部11的最外表面部分的結(jié)構(gòu)干涉。

圖30示出了帶有非平面耦合面的另一變型例。與圖4a和4b中所述的實(shí)施例相比，連接元件11的耦合面采用凸出彎曲代替凹陷彎曲，且超聲波發(fā)生器6用凹陷彎曲代替凸出彎曲。

圖31示出了與圖2a中實(shí)施例相似的又一實(shí)施例。在圖31的實(shí)施例中，連接元件具有與超聲波發(fā)生器6的導(dǎo)向凹口63相配合而不是相對的導(dǎo)向突起17。

在圖32所示的實(shí)施例中，連接元件沒有近端突起。而是，例如通過將導(dǎo)向突起61與連接元件相應(yīng)的導(dǎo)向凹口16配合使用，將超聲波發(fā)生器6的側(cè)向延伸相對于連接元件1位置明確地布置，以確保頭部的外側(cè)向表面保持完好。為此，差值d約等于或大于側(cè)向外表面的凹口的深度f，使得超聲波發(fā)生器不能在頭部的切口上施加任何力。因此在一些實(shí)施例中，保持d＞＝f的狀況。

根據(jù)又一變型例(參見例如如下的圖36)，超聲波發(fā)生器可不具有導(dǎo)向件。尤其是，在連接元件上帶有近端突起15的實(shí)施例中，遠(yuǎn)端超聲波發(fā)生器的耦合輸出面的側(cè)向延伸可能稍大于近端突起15的表面。然后，相對于連接元件準(zhǔn)確定位超聲波發(fā)生器以防止頭部的側(cè)向外表面變形則不是必需的。

參考圖2a-4b所描述的實(shí)施例為采用第一種構(gòu)思的第一組實(shí)施例中的實(shí)施例。

圖5所示的例子為采用第一種構(gòu)思的第二組實(shí)施例中的實(shí)施例。與前述實(shí)施例相反，該連接件不是一體件，而是包括可液化部22和不可液化部這兩個(gè)部件。不可液化部21近乎呈指甲狀，其最近端部分形成耦合面。頭部11的側(cè)向最外側(cè)部分和錨固部都是由可液化部21構(gòu)成。

在一個(gè)例子中，不可液化部是由金屬或木頭或熱固性塑料或玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度大體高于可液化部的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的熱塑性材料構(gòu)成。

圖6所示的實(shí)施例為第二組實(shí)施例中的又一個(gè)例子。在此例子中，頭部(頭)完全屬于不可液化部21，且例如由木頭或不可液化材料構(gòu)成。

所描述實(shí)施例中的不可液化部還包括延伸入錨固部的桿部分，可液化部基本上用作桿部分的涂層。

圖7示出帶有不可液化材料的耦合面的連接元件的另一實(shí)施例。該耦合面由不可液化部21的板部25構(gòu)成，非液化部件還包括從板部處向遠(yuǎn)端延伸的且加強(qiáng)不可液化材料和可液化材料之間的機(jī)械連接的尖部26。

圖8表示采用第二種構(gòu)思的第三組實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例。連接元件1是由熱塑性材料構(gòu)成的一體件。它具有開口朝向近端側(cè)的凹槽33，凹槽底部限定為用于超聲波發(fā)生器6的耦合面30，超聲波發(fā)生器6被定尺寸為其遠(yuǎn)端可經(jīng)由其遠(yuǎn)端的耦合輸出面壓靠在耦合面30上來插入凹槽33中。

凹槽的高寬比例如至少為0.5或至少為1，在所述實(shí)施例中約為1.5。

圖9表示的實(shí)施例與圖8中的實(shí)施例的區(qū)別在于，圖9中的凹槽33不是圓柱形而是具有在軸向區(qū)段上彎曲的成形表面。耦合面30是由凹槽內(nèi)連接元件的內(nèi)表面(或其不與軸線平行的部分)構(gòu)成，其具有不太陡峭的部分和與較陡峭的部分相比經(jīng)受更大壓力的凹槽底部的部分。由于凹面形，這自動地形成保護(hù)頭部的更多近端和側(cè)向區(qū)段的力的分布。

圖10為另一變型例。凹槽33為臺階狀表面，耦合面33遍布凹槽的臺階和底面。

在圖9和圖10所例舉的實(shí)施例中，凹槽延伸到頭部的相當(dāng)大的部分中，這樣頭部就成為了一個(gè)近似管狀體，該管狀體的材料強(qiáng)度s可在一定的范圍內(nèi)變化?；谠撛O(shè)計(jì)，連接元件1的形狀可優(yōu)化為適于注射成型。在注射成型時(shí)存在的潛在問題為，固化腔很難在沒有氣泡形成的情況下被完全填充。如圖9和圖10中表述的設(shè)計(jì)(也是圖8的設(shè)計(jì)的變型例，該凹槽基本軸向延伸穿過整個(gè)頭部)，解決了在頭部區(qū)域中的這一問題。

與圖9和圖10中的一個(gè)同樣的設(shè)計(jì)因此在連接元件為注射成型的一體件的實(shí)施例中具有明顯的優(yōu)勢。

與圖8-10中的一個(gè)同樣的設(shè)計(jì)也可用于這樣的實(shí)施例：其中凹槽33主要用作超聲波發(fā)生器還作用在近端面時(shí)的導(dǎo)向孔，尤其是第一組實(shí)施例中的實(shí)施例。當(dāng)然，也可以是組合件，其中耦合面可能部分地由圍繞凹槽邊緣的近端面構(gòu)成且部分地由凹槽的底面和/或側(cè)面和/或肩部構(gòu)成。

同樣在圖11所示的變型例中，連接元件1是由熱塑性材料制成。和圖8中所示的實(shí)施例相比，在圖11的變型例中，錨固部12具有相對減小的軸向延伸和/或較大的徑向?qū)挾?。同樣，凹?3也進(jìn)一步延伸入連接元件。以上的不同之處(即錨固部軸向延伸變小，增大的徑向?qū)挾?，增大的凹槽的軸向長度)可能是單獨(dú)實(shí)施，也可能是任意組合地實(shí)施。

較大的徑向?qū)挾瓤赡苤辽俨糠值匮a(bǔ)償由于錨固部變短所引起的固定強(qiáng)度降低。由于超聲波發(fā)生器位于液化位置附近，因此可不引起頭部變形風(fēng)險(xiǎn)地以更大的能量和/或更大的頻率來操作，使得在某些構(gòu)造中，凹槽33深度的增加可以使液化后的熱塑性材料在一定程度上更容易分布在錨固部的整個(gè)寬度上。

同圖11中示例一樣，具有更短的錨固部的實(shí)施例可能尤其適用于將連接元件錨固在相對較細(xì)物體2內(nèi)的結(jié)構(gòu)和/或連接元件必須沿著邊緣被錨固在板狀物體內(nèi)的情況，在那里沿著邊緣的窄側(cè)表面并不垂直于板平面，如圖11所示，該角度可例如為45°，更通常的情況下在30°-60°之間，尤其是在35°-55°之間。

圖33a和圖33b分別為第三組實(shí)施例中另一個(gè)實(shí)施例的主視圖和橫截面圖。除了參考圖8所描述的結(jié)構(gòu)外，在這些附圖中還示出了能量導(dǎo)向器29。該能量導(dǎo)向器可能為肋、凸起部或臺階，并且可能具有特別明顯吸收機(jī)械振動能量的功能，從而在該處引起液化現(xiàn)象，該點(diǎn)與超聲焊接中的已知的能量導(dǎo)向器一樣。

圖12表示第三組實(shí)施例中的另一個(gè)變型例。該實(shí)施例也屬于第二組實(shí)施例。和圖8中所示的實(shí)施例相反，該耦合面是由不可液化部21形成的表面，即位于凹槽33的底部的耦合板。

在圖13所示的實(shí)施例中，不可液化部21的耦合板具有板部25和從板部向遠(yuǎn)端延伸的尖部26。

通常，具有可液化部和不可液化部的實(shí)施例可通過在不可液化部中將可液化材料注射成型(嵌入成型/包覆成型)的方法來制作。然而也可以是單獨(dú)地制作可液化部和不可液化部，之后再將兩者組裝。

圖14中的變型例示出了這種情況。液化部件除了包括凹槽33之外，還包括自其向遠(yuǎn)端延伸的用于不可液化部21的階梯狀開口，該開口包括用于板部25的較寬部34和用于尖部26的較窄部35。

板部25上還具有用于超聲波發(fā)生器的導(dǎo)向孔16(該導(dǎo)向孔對于其它實(shí)施例是一個(gè)可選用的特征)。

盡管參考圖14和下列特征中的一些在本文中闡明了在制作后再組裝液化部件和非液化部件的可選方式，這種方式對于其它實(shí)施例是可選的。另一方面，也可通過嵌件成型/包覆成型或類似方法來制作具有在圖14中闡明的特征的或者具有下文所描述的連接元件的形狀和/或耦合結(jié)構(gòu)的連接元件1。

參考圖14中的實(shí)施例，又闡明了另一個(gè)可選的特征：開口33、34和35可軸向穿過整個(gè)可液化部直至遠(yuǎn)端。該種插管在制作工藝上具有優(yōu)點(diǎn)，即它可防止在注射成型過程中形成空洞。該優(yōu)點(diǎn)與連接元件1是否采用嵌件成型/包覆成型制作或是否隨后步驟中進(jìn)行裝配無關(guān)。

圖14中的實(shí)施例的插管也可在其它實(shí)施例中采用，既適用于由熱塑性材料制成的一體式連接元件，也適用于包括多個(gè)部件的元件。

再次參考包括多個(gè)最初為獨(dú)立部件的連接元件，可選地，通過部分熱塑性材料所造成的物體的結(jié)構(gòu)相互滲透的步驟后，完成多個(gè)部件的組裝。在此，朝遠(yuǎn)端方向按壓連接元件的步驟和將機(jī)械振動能耦合入連接元件的步驟涉及僅由熱塑性材料制成的部件。

圖15a和圖15b示出了相應(yīng)的實(shí)施例?？梢夯?2是由熱塑性材料構(gòu)成的一體件。它具有用于插入物體2上的開口并且錨固在那里的桿部36以及用于與不可液化部21的相應(yīng)的耦合結(jié)構(gòu)39配合的耦合部37。在所描述的實(shí)施例中，還包括一個(gè)加寬部38，它可在物體表面附近形成輔助錨固和/或用作限定錨固深度的止動部。

在所描述的實(shí)施例中，可液化部22和不可液化部21的耦合是機(jī)械卡扣配合連接。在錨固過程中，可液化部最近端部分的微小變形不會以任何方式使耦合失效。

如果選用其它具有更重要機(jī)制的耦合，在本文中所描述的手段(諸如受控的變形區(qū)域，錯(cuò)位的耦合面等)可用于可液化部22以保持與不可液化部連接的部分的功能性。

作為插入前組裝部件和在錨固后組裝部件的替代，也可以在操作過程中進(jìn)行組裝。圖16描述了該原理。當(dāng)超聲波發(fā)生器將可液化部和不可液化部壓在一起，并且在耦合入振動時(shí)將兩部分壓靠到物體時(shí)，可液化部22相對于物體2就位，不可液化部21相對于可液化部就位。

例如可液化部22包括近端凹槽，例如圓錐形或圓柱形凹槽41，在定位步驟中，不可液化部的相應(yīng)的遠(yuǎn)端突起42就位在近端凹槽中。

在壓力和振動的作用下，不僅可液化部的熱塑性材料會液化滲入物體的結(jié)構(gòu)中，還會產(chǎn)生可液化部和不可液化部之間的連接。

圖17a和圖17b示意表示，在安裝過程結(jié)束后，可液化部和不可液化部間的連接的兩種變型例的放大圖。不可液化部中包括形成例如孔44、凹槽等底切的結(jié)構(gòu)，其中可液化材料在變成流動狀態(tài)后被壓入以上結(jié)構(gòu)中。在可液化材料再凝固后，在可液化材料和不可液化材料之間形成形狀配合連接。

圖17c表示可液化部22的熱塑性材料，在施加的機(jī)械振動能的作用下液化并滲入物體2的結(jié)構(gòu)內(nèi)和不可液化部21內(nèi)。

補(bǔ)充地或替代地，如圖18中示意說明，該連接可能為壓配合連接。為此，不可液化部包括具有輕微錐度的突起42(在圖中，所畫的圓錐的開口角度有所夸大)，并被壓入可液化部的尺寸略小的相應(yīng)開口內(nèi)。圖18表示了在施加力之前的情況，其中存在距離d。由于按壓，不可液化部21相對于可液化部至多前進(jìn)距離d并從而形成壓配合。可能出現(xiàn)的輕微彈性變形會有助于該壓配合。例如表面粗糙度或粘性等附加作用也可有助于該配合。

參考圖17a和圖17b中描述的形狀配合方法也可能組合使用。

圖19為圖16-18中所描述類型的連接元件被錨固在物體內(nèi)的實(shí)施例。

圖20中所述的實(shí)施例為預(yù)制作型(模制；在錨固之前組裝)，或者是在參考圖17-19中所描述的加工過程期間在現(xiàn)場組裝。代替相當(dāng)小的孔或槽，不可液化部的桿部分帶有至少一個(gè)朝向近端的肩部，在本圖所示的實(shí)施例中表示為槽44的遠(yuǎn)端。與圖17-19中所示的實(shí)施例一樣，此種肩部能夠在可液化部和不可液化部之間形成形狀配合連接。

圖20所示的實(shí)施例中有相對短和相對寬的錨固部，其上帶有至少一個(gè)環(huán)形的、用作能量導(dǎo)向器的遠(yuǎn)端突起。作為本文在前描述的環(huán)狀突起或尖頭，遠(yuǎn)端的能量導(dǎo)向器可能具有其它的形狀，例如包括多個(gè)肋、凸起部等。正如在其它所有的實(shí)施例中，作為補(bǔ)充或替代，可能在錨固部桿的側(cè)表面上設(shè)有能量導(dǎo)向器。

圖21所表示實(shí)施例和圖20所表示實(shí)施例的區(qū)別在于，圖21中錨固部要更長并且?guī)в羞h(yuǎn)端尖頭。

通常，更寬和更短的錨固部適宜錨固在大平板或有限深度的其它物體上，或者如圖22所示，適宜以和大表面(直邊；板平面)成非垂直角度地錨固在較窄側(cè)，適于圖21所示類型的連接元件。更長的錨固部適宜錨定在體積大的物體上，或者在窄邊垂直于直邊的情況下，錨固在平板的較小側(cè)。

圖23a和23b描述了第四組實(shí)施例中的實(shí)施例。該錨固部包括帶脊?fàn)畹倪h(yuǎn)端突起52的錨固部主體51。錨固部主體51通常呈圓盤形狀，其頭部與錨固部主體51同心，并且頭部11的寬度要小于錨固部主體的寬度。耦合面57圍繞頭部11形成。

與第四組實(shí)施例中的其它實(shí)施例一樣，遠(yuǎn)端突起軸向上位于耦合面57的下方，而不是在例如頭部11的中心下方。

單個(gè)脊?fàn)钔黄饑@頭部的側(cè)向位置形成環(huán)，也可能形成多個(gè)同心的突起環(huán)。

物體內(nèi)的開口3的平面內(nèi)(側(cè)向)尺寸要與錨固部主體51的相應(yīng)尺寸匹配。開口的深度與沒有突起的錨固部主體的厚度大體相當(dāng)。

錨固部主體51在側(cè)端可能有更多的能量導(dǎo)向器，對于所有實(shí)施例而言，這都是一個(gè)可選特征。

圖24a和圖24b示出了超聲波發(fā)生器6的例子，它既適用于圖23a和圖23b中的連接元件1，也適用于以下描述的圖25中的連接元件。該超聲波發(fā)生器通常為圓頂狀，其上開放空間62的尺寸定尺寸為容納頭部11。

遠(yuǎn)端面形成了超聲波發(fā)生器的耦合輸出面7。在固定過程中，連接元件被定位成錨固部主體位于開口3的口部上方或位于開口3內(nèi)，超聲波發(fā)生器相對于連接元件定位置為，耦合輸出面7抵靠耦合面57并且頭部突入開放空間62內(nèi)。該超聲波發(fā)生器也可能包括位于開放空間近端的可選用的導(dǎo)向突起(未標(biāo)示)，該導(dǎo)向突起在與頭部11的近端導(dǎo)向孔配合以準(zhǔn)確定位。

在壓力和機(jī)械振動的共同作用下，會引起突起52的熱塑性材料和側(cè)向能量導(dǎo)向器的熱塑性材料(如果存在的話)液化，從而將連接元件錨固在物體2中。

圖25還示出了另一個(gè)實(shí)施例。該錨固部可例如包括位于錨固部主體51的遠(yuǎn)端，并圍繞頭部規(guī)則布置的多個(gè)尖狀突起52。

圖34表示第五組實(shí)施例中的實(shí)施例。為了進(jìn)行錨固過程，相對于連接元件1使包括兩個(gè)殼體91的模具90就位，每個(gè)殼體都有對應(yīng)于頭部11的凹形的側(cè)向外表面結(jié)構(gòu)13的表面部92。在按壓步驟期間，模具90的表面部與表面結(jié)構(gòu)13保持接觸。當(dāng)連接元件可能向前方運(yùn)動時(shí)，模具也會跟著做同樣的運(yùn)動。例如，為此模具殼體91可接合到也承載超聲波發(fā)生器所接合的傳感器的框架。如果在按壓步驟期間，頭部11產(chǎn)生了任何的軟化或熔化，頭部11的外表面結(jié)構(gòu)13仍保持不受模具的影響，并且該模具優(yōu)選僅在頭部11再凝固后打開，從而保持期望的外表面結(jié)構(gòu)13。

作為圖34描述內(nèi)容的替代，連接元件可能選擇性地包括前文描述的第一組、第二組、第三組或第四組實(shí)施例的特征。

在下文中，參考均示出了垂直于插入軸線的錨固部的橫截面的圖26-29，在參考圖9、10、11和14的討論以外，還討論了根據(jù)第二方面對注射成型的連接元件的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的構(gòu)思。

尤其是在錨固部有相當(dāng)長和/或相當(dāng)厚的桿的實(shí)施例中，防止在注射成型部分內(nèi)形成空洞的問題，在錨固部區(qū)域也需要考慮。該教導(dǎo)因此適用于所有帶由熱塑性材料制成的錨固部的實(shí)施例，該錨固部大體細(xì)長且在軸向區(qū)域遠(yuǎn)離頭部延伸，例如在圖2a-5，7-22中示出的實(shí)施例。

圖26示出了穿過錨固部的桿的橫截面。該橫截面偏離大體圓形形狀(點(diǎn)線)在于該橫截面包括多個(gè)葉片71，其葉片之間帶有軸向延伸的槽72。槽72與能量導(dǎo)向肋之間的僅有空間的區(qū)別在于槽72的深度更大(例如它們的深度為桿直徑的至少10％、至少15％、至少20％或至少25％)，并且在槽72之間的葉片71的銳邊上不存在峰值(當(dāng)然此處并沒有排除在此類葉片上存在一個(gè)或更多的能量導(dǎo)向肋或類似物)。同樣在插入開口3時(shí)，槽就處于由開口徑向延伸所限定的空間內(nèi)。在錨固過程后，該槽可選擇性地保持為空的狀態(tài)并且限定有中空部。

在注射成型期間，根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)化流動間所想達(dá)到的平衡，可以將葉片71設(shè)計(jì)為不同的形狀。圖27示出了一個(gè)相應(yīng)的替代橫截面。

通過包括葉片之間帶有槽的葉片的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上減小了位于桿中心的材料部分和模具壁之間的距離，這優(yōu)化了注射成型過程。

在圖28所示的實(shí)施例中，穿過桿部的橫截面通常是呈s狀，因此帶有從相反側(cè)延伸進(jìn)入桿的空間的具有相當(dāng)深度的兩個(gè)交錯(cuò)槽。

特別是，所示構(gòu)造中的槽延伸深至穿過中間平面(垂直于槽的方向)，即槽深dg大于該位置處的本地延伸e的50％。通常，所述槽的深度將是明顯的，例如為所述延伸的至少30％或至少40％或至少50％。

該設(shè)計(jì)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先，對槽的形狀和深度進(jìn)行合理的設(shè)定，在以上所討論的例子中的材料強(qiáng)度均勻性(最內(nèi)部分到模具壁的距離間的差值是相當(dāng)均勻的)可以被設(shè)計(jì)到幾乎完美。其次，通過該設(shè)計(jì)，形成了為在沿長軸85的方向上作用的載荷提供足夠機(jī)械強(qiáng)度的主梁81和兩個(gè)側(cè)梁82和83，然而，和實(shí)心圓筒相比，沿短軸86的機(jī)械強(qiáng)度有所降低(長軸和短軸都是面內(nèi)軸線，不要與圖28中所示的垂直于圖平面的插入軸線混淆)。在此，機(jī)械穩(wěn)定性可以相當(dāng)于t形桿或(多個(gè)t形桿)設(shè)計(jì)的機(jī)械穩(wěn)定性。

該教導(dǎo)已經(jīng)可以容易地應(yīng)用到例如圖29中圖示的僅有一個(gè)槽或者是多于兩個(gè)的交錯(cuò)排列的槽，槽的數(shù)量越多，代價(jià)是沿短軸方向的穩(wěn)定性逐漸降低。

圖28也示出了可選用的能量導(dǎo)向肋54。可選地，將桿設(shè)計(jì)為沿短軸方向稍微過大，如果熱塑性材料在插入溫度下略微有些彈性，那么該結(jié)構(gòu)會提供將側(cè)梁82和83壓靠到開口的壁上的彈簧效應(yīng)。

在使用時(shí)，如圖29所教導(dǎo)的帶有各向異性的桿橫截面的連接元件在錨固/定位步驟中，主軸被定向?yàn)檠剌S線方向，在該方向上期望有平面內(nèi)的主要機(jī)械載荷。通常在家具行業(yè)和建筑業(yè)，可以使用該方法對方向進(jìn)行明確定義。

圖35a和35b表示結(jié)合了本發(fā)明的第一方面和第二方面的另一個(gè)實(shí)施例的示例。圖35b為連接元件的縱向剖面圖，其中選擇的剖面平面可以穿過圖35a中可見的軸向延伸槽28。連接元件1是由熱塑性材料制成。連接元件1是根據(jù)本發(fā)明第一方面的第一組實(shí)施例所配置，并且包括前文所描述類型的近端突起15。本實(shí)施例中的凹槽33不是用來定位超聲波發(fā)生器(可選地，而非必需作為導(dǎo)向凹口使用)，而是延伸穿過整個(gè)頭部11，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第二部分的教導(dǎo)。

圖35a和35b中的實(shí)施例也具有能量導(dǎo)向器29。圖36非常示意地表示了為實(shí)施該方法而使用的設(shè)備100。該設(shè)備的定位裝置101可以相對于物體2、物體2內(nèi)的開口3和超聲波發(fā)生器6定位連接元件1。另外設(shè)備的控制器103可以控制超聲波發(fā)生器6和定位裝置101。該設(shè)備也具有在錨固過程中夾持物體2的夾持裝置104。該設(shè)備可能具有其他的裝置，例如可用來傳遞物體2的傳輸裝置、可用制備開口3的鉆孔裝置、可用來存儲連接元件的胚料的存儲器，可用來送進(jìn)連接元件1的送進(jìn)裝置等。

而且，設(shè)備100包括與控制器103連接的、可適于對超聲波發(fā)生器6和物體2之間的距離ds進(jìn)行測量的距離傳感器102，更特別地，在示出的實(shí)施例中測量超聲波發(fā)生器6的耦合輸出面和物體的表面20之間的距離。該距離傳感器102可基于任何適用的原理，例如激光距離測量、雷達(dá)距離測量、超聲距離測量和機(jī)械距離測量。當(dāng)通過距離傳感器103檢測到，超聲波發(fā)生器6和物體2之間已經(jīng)到達(dá)預(yù)先設(shè)定的距離ds*，那么這就意味著連接元件1已經(jīng)到達(dá)了其正確的最終安裝位置，控制器103會停止超聲波發(fā)生器6的進(jìn)一步移動和振動動作。

更特別的是，當(dāng)振動和壓力與連接元件1耦合時(shí)，控制器103被設(shè)置為可以控制超聲波發(fā)生器6的向前(遠(yuǎn)端)運(yùn)動。尤其是，當(dāng)耦合輸出面處于距與開口3在其上具有口部的表面20預(yù)先設(shè)定的距離ds＝ds*時(shí)，控制器103被設(shè)置為停止超聲波發(fā)生器6的向前運(yùn)動。更具體的是在實(shí)施例中，一旦肩部18(如果有)到達(dá)表面20，就停止超聲波發(fā)生器的向前運(yùn)動。該預(yù)先設(shè)置的距離ds*可例如相當(dāng)于軸向延伸e，可能減掉由物體表面20的微小變形所產(chǎn)生的并且由近端突起15變形所產(chǎn)生的微小多余距離。

可被設(shè)置用來停止超聲波發(fā)生器6的向前運(yùn)動的預(yù)先設(shè)定條件的替換條件可以是機(jī)械阻力的突然增加(由于肩部18抵靠到表面20)或是也由肩部18抵靠到表面20引起的振動吸收特性的突然變化。

該用于自動地阻止超聲波發(fā)生器向前運(yùn)動的裝置也是防止頭部在側(cè)向外表面產(chǎn)生變形的另一種手段。

圖37還非常示意性地表示了，該設(shè)備可能具有用于實(shí)施不同步驟的不同的空間分離的工位。例如，該設(shè)備可能具有一個(gè)定位工位111和錨固工位112，連接元件或多個(gè)連接元件1在定位工位處例如過盈配合地插入物體2內(nèi)，一個(gè)或多個(gè)超聲波發(fā)生器6在錨固工位處作用到連接元件1。