用機(jī)械振動(dòng)錨固銷釘?shù)姆椒ê脱b置的制造方法
【專利說明】用機(jī)械振動(dòng)錨固銷釘?shù)姆椒ê脱b置
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年10月22日、申請(qǐng)?zhí)枮?00880122876.6、發(fā)明名稱為“用機(jī)械振動(dòng)錨固銷釘?shù)姆椒ê脱b置”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其是建筑業(yè)、木材結(jié)構(gòu)、家倶業(yè)和機(jī)械結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，并且涉及將錨固件(例如銷釘)錨固在包括結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)物體中的方法。本發(fā)明還涉及相應(yīng)的
目.ο
【背景技術(shù)】
[0003]借助機(jī)械振動(dòng)將連接件錨固在纖維性建材或多孔建材的開口中的方法可從一些公開出版物中獲知，例如W098/00109、W000/79137和W02006/002569，并且例如可從國際專利申請(qǐng)PCT/CH2007/000460中獲知。根據(jù)這些方法，連接件放置在物體的預(yù)制開口中或者通過定向力被緊壓在物體表面上，這接下來又產(chǎn)生開口。當(dāng)力在開口的軸向上作用于連接件時(shí)，連接件被施以機(jī)械振動(dòng)。連接件至少在一個(gè)表面上具有熱塑性材料，其在這個(gè)工序中與物體材料相接觸。機(jī)械振動(dòng)能量被設(shè)置成通過機(jī)械振動(dòng)使預(yù)定錨固點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的熱塑性材料液化，并且通過在開口的壁部和連接件之間的錨固點(diǎn)建立的壓力將其壓入物體的孔或表面結(jié)構(gòu)中，因此形成最有效的宏觀錨固。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供將錨固件錨固的改進(jìn)方法。本文所使用的術(shù)語“錨固件”是指適合被錨固并且在錨固后形成錨固體或成為錨固體的一部分的任何構(gòu)件。這樣的錨固體包括但不局限于連接件如銷釘、鉚釘、釘子等，或任何其它被直接錨固在物體中的構(gòu)件。在這個(gè)意義上，錨固體適合將其它構(gòu)件連接到結(jié)構(gòu)物體上，或者它們自身具有功能如用于裝飾。
[0005]本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供適合自動(dòng)化的錨固方法，其中可能的工作參數(shù)(例如力或能量等)可以預(yù)先限定。
[0006]本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是提供改進(jìn)的錨固裝置。
[0007]作為第一選擇，錨固件被錨固在其中的結(jié)構(gòu)物體可以具有多孔表面或結(jié)構(gòu)化表面或可由處于靜液壓下的液體形成孔的表面。而該物體可以是木材、復(fù)合木材(例如刨花板、碎料板、定向結(jié)構(gòu)板等)、卡紙板、混凝土、磚、灰泥、石頭(例如砂石)或液化材料可在壓力下滲入到其中的工業(yè)硬泡沫材料、或者任何上述材料的任意結(jié)合的復(fù)合物。作為第二選擇，物體可以具有腔，液化材料可以在錨固過程中進(jìn)入這些腔并因而將錨固件錨固。根據(jù)第二選擇，結(jié)構(gòu)物體的材料可以是針對(duì)第一選擇所提到的任一種材料，或者任何其它結(jié)構(gòu)材料/工程材料，包括但不限于金屬如鋼、鋁等。該物體可對(duì)應(yīng)于第一選擇和第二選擇。
[0008]因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種將錨固件錨固在結(jié)構(gòu)物體中的錨固方法，該物體的表面具有以下特征中的至少一個(gè)特征:
[0009]-表面中的孔，
[0010]-表面中的結(jié)構(gòu)(例如帶有底切突脊布置結(jié)構(gòu))，
[0011]-非均質(zhì)特征，其中使表面被處于壓力的液體滲入成為可能，因此產(chǎn)生在表面下被液體填充的孔(在硬質(zhì)材料如木材中的孔的產(chǎn)生通過例如木纖維之間的連接的局部破壞所導(dǎo)致，而在軟材料如芯材(隔離材料等)中的孔的產(chǎn)生可能由軟材料的局部位移和/或壓縮所導(dǎo)致);和
[0012]-腔；
[0013]該方法包括如下步驟:
[0014]-提供第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，該第一構(gòu)件包括熱塑性材料；
[0015]-分別將該第一構(gòu)件放置在所述表面附近和/或所述腔附近，將第二構(gòu)件放置成與該第一構(gòu)件接觸；
[0016]-在對(duì)該第一構(gòu)件施加力時(shí)，使第三構(gòu)件振動(dòng)，從而施加機(jī)械振動(dòng)給該第一構(gòu)件，同時(shí)通過該第二構(gòu)件對(duì)該第一構(gòu)件加載反力；
[0017]-通過所述機(jī)械振動(dòng)和所述力的聯(lián)合施加，在至少一個(gè)界面使至少部分熱塑性材料液化，其中所述至少一個(gè)界面是該第一構(gòu)件與該第三構(gòu)件之間的界面、該第一構(gòu)件和該第二構(gòu)件之間的界面和第一構(gòu)件的部分之間的界面中的至少一個(gè)；
[0018]-通過由第二構(gòu)件和第三構(gòu)件聯(lián)合施加所述機(jī)械振動(dòng)和所述力，使該第一構(gòu)件被壓縮并由此使液化材料流入孔和/或結(jié)構(gòu)和/或腔中；和
[0019]-讓液化材料重新固化，從而第一構(gòu)件被錨固在物體中。
[0020]該第一構(gòu)件包括熱塑性材料并且在錨固過程中在至少部分熱塑性材料液化時(shí)被壓縮。通常，通過力與反力之間的壓縮，使液化材料相對(duì)于由力限定的軸線側(cè)向流動(dòng)，即至少部分地流到側(cè)向上。例如，可以使液化材料在所有側(cè)向上流動(dòng)，從而基本形成圍繞錨固件的初始位置的環(huán)。
[0021]在本發(fā)明方法中的第一構(gòu)件壓縮因熱塑性材料的液化而成為可能，并且壓縮導(dǎo)致液化材料避入(通常是向旁側(cè))結(jié)構(gòu)/孔/腔中。處于其固態(tài)的第一構(gòu)件無需是沿由孔或開口方向限定的軸線是可壓縮的(優(yōu)選是不可壓縮的)。這與國際專利申請(qǐng)PCT/CH2007/000460的教導(dǎo)相反，在該申請(qǐng)中，液化基于與材料表面的接觸，該接觸是由固態(tài)下的壓縮所導(dǎo)致，該壓縮造成最外表面與軸線之間的側(cè)向距離增大。優(yōu)選的是，在“常規(guī)”狀況下(即當(dāng)在大氣環(huán)境下錨固過程所用的一定大小的力沖擊時(shí))，錨固件在其固態(tài)下不呈現(xiàn)任何明顯的壓縮。這例如意味著小的殘余壓縮(任何元件都有一定彈性，理論上可壓縮非常小的程度)基本上是保角的(錨固件以保角方式變形)，角度變形例如不超過3°，在常規(guī)狀況下的壓縮不超過3 %。
[0022]第一構(gòu)件在本文中也被稱為錨固件。這并不暗示錨固體必然僅由錨固件構(gòu)成，錨固體可以包括其它構(gòu)件，任選地包含第三構(gòu)件和/或第二構(gòu)件。
[0023]第二構(gòu)件可以是適合施加反力到第一構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定的任何構(gòu)件。它可以是單件的或其可以包括在錨固過程中彼此連接或彼此貼靠的多個(gè)部分。第二構(gòu)件可以由不可被機(jī)械振動(dòng)液化的材料如金屬、熱硬化性塑料或具有顯著高于第一構(gòu)件的熱塑性材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的熱塑性材料構(gòu)成?；蛘?，第二構(gòu)件可以包括可液化材料(然而在大多數(shù)情況下，這些材料的液化僅通過第一構(gòu)件的熱或振動(dòng)傳遞而間接發(fā)生，除了經(jīng)過第一構(gòu)件的路徑外，第二構(gòu)件優(yōu)選與第三構(gòu)件振動(dòng)隔咼開)。
[0024]盡管在最優(yōu)選的實(shí)施例中，第二構(gòu)件將被保持靜止(并且僅通過第一構(gòu)件被弱振動(dòng)耦合到第三構(gòu)件上而振動(dòng))，但這種情況下不是必需的。相反，第二構(gòu)件還可以被主動(dòng)引起振動(dòng)，該振動(dòng)不同于第三構(gòu)件的振動(dòng)(并且例如與其反相或不同相和/或不同頻率等)。
[0025]第三構(gòu)件整體上適合將機(jī)械振動(dòng)從機(jī)械振動(dòng)發(fā)生裝置(其可能包括壓電換能器；更多常規(guī)的機(jī)械振動(dòng)發(fā)生裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，因此將不會(huì)在此做任何更多的詳述)傳遞到與第一構(gòu)件相接的接觸面。為此，第三構(gòu)件優(yōu)選如此設(shè)計(jì)，即它在該振動(dòng)頻率下如此振蕩，從而振動(dòng)在此被耦合輸入第一構(gòu)件的界面應(yīng)處于具有最大振幅的點(diǎn)或該點(diǎn)附近。如果例如第三構(gòu)件是單件材料并具有基本一致的橫截面，則振動(dòng)是縱向振動(dòng)，并且振動(dòng)頻率的振動(dòng)波長為λ，第三構(gòu)件長度優(yōu)選為約η* λ /2，其中η是任意自然數(shù)。
[0026]第三構(gòu)件可以是單件構(gòu)件或包括彼此剛性固定在一起(例如通過直接配合連接如螺紋連接、熔接或膠粘)的多個(gè)部分。
[0027]第三構(gòu)件中的振動(dòng)可以是縱向振動(dòng)、橫向振動(dòng)、扭振、其它類型的振動(dòng)或不同振動(dòng)模式的組合(疊加)。
[0028]與TO98/00109、W000/79137 和 TO2006/002569 以及國際專利申請(qǐng) PCT/CH2007/000460所述的方法不同，本發(fā)明的方法依據(jù)借助在第一、第二和/或第三構(gòu)件(或其各部分)之間的至少一個(gè)界面處和/或在第一構(gòu)件中的至少一個(gè)界面處的(內(nèi)或外)摩擦力所導(dǎo)致的熱塑性材料液化。這與現(xiàn)有技術(shù)中的通過錨固件和物體表面之間的摩擦來液化熱塑性材料的思想背道而馳。相反，材料在最初分離的(或僅弱連接的)構(gòu)件之間的界面處或在構(gòu)件自身中被液化。換句話說，本方法所涉及的構(gòu)件如此布置，即熱塑性材料甚至?xí)诓淮嬖阱^固件要錨固到其中的物體的情況下被熔化，這僅需要通過第二和第三構(gòu)件施加到第一構(gòu)件的力和機(jī)械振動(dòng)的聯(lián)合作用。這使得以預(yù)定形式施加所需要的力成為可能。因此，過程自動(dòng)化更容易做到，例如通過在荷載架中施加必要的力而沒有外力施加在該荷載架上。
[0029]然后，使熔化的熱塑性材料流入孔/結(jié)構(gòu)和/或至少一個(gè)腔中。這可能使產(chǎn)生液靜壓成為必需的(由于錨固件的壓縮作用)。然而，在物體已經(jīng)是多孔的或其(局部)由薄弱材料構(gòu)成的情況下，幾乎不需要或僅需很小的液靜壓。結(jié)果，恰好在物體可很容易地被施加于其上的力的沖擊損壞的情況下，有可能僅作用于材料的沖擊就是非常小的液靜壓。
[0030]對(duì)于有恒定橫截面(與沿軸線的位置相關(guān))的銷固件，與振動(dòng)的第三構(gòu)件相鄰的界面自動(dòng)是用于開始液化的默認(rèn)位置，這在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中是理想的。然而，錨固件也可以(不同于恒定橫截面)包括一個(gè)導(dǎo)能器(能量集中器)或者多個(gè)導(dǎo)能器，以確保液化發(fā)生在期望的位置。
[0031]這樣的導(dǎo)能器可以是結(jié)構(gòu)化的導(dǎo)能器，例如以下中的至少一種:
[0032]-橫截面與沿軸線的位置相關(guān)地朝向期望發(fā)生液化的界面減?。?br>[0033]-在寬廣的直徑范圍內(nèi)的至少一個(gè)凸起，凸起位于期待液化的界面處。
[0034]然而，除此之外或作為替代，導(dǎo)能器也可能歸結(jié)于材料性能。它們因而可以包括:
[0035]-在錨固件(和/或第二和/或第三構(gòu)件)上的非均質(zhì)材料分布，從而鄰近期望發(fā)生液化的界面的材料具有比鄰近其它界面(例如相對(duì)的界面)的材料更高的機(jī)械振動(dòng)能吸收能力。例如，錨固件可以包括彼此粘附的兩個(gè)部分，鄰近第三構(gòu)件的部分比鄰近與第二構(gòu)件相接的界面的部分更軟(或反之)。作為另一個(gè)例子，錨固件可以包括軟化劑，該軟化劑在錨固件整個(gè)長度等上具有濃度梯度。
[0036]錨固件例如可以包括第一耦合面和不同于第一耦合面的第二耦合面，其中通過第三構(gòu)件抵靠第一耦合面，使力施加在錨固件上，并且通過將第二構(gòu)件壓靠在第二耦合面上，使反力施加在錨固件上。
[0037]這些耦合面例如可以在錨固件的相對(duì)兩側(cè)。它們可以基本垂直于由力的方向限定的軸線或與該軸線成角度。它們可選地可以基本上彼此平行。
[0038]力和反力優(yōu)選大小相等但反向相反。但是此條件只是在適當(dāng)時(shí)候才需要被滿足，因?yàn)殄^固件例如可以在錨固過程中接觸物體側(cè)壁，由此吸收用于補(bǔ)償力與反力的大小和/或方向的略微不對(duì)等的其它力。
[0039]然而，力和反力可以是這樣的，即在錨固過程中，包括孔/結(jié)構(gòu)/非均質(zhì)特征/腔的表面無需機(jī)械加載。導(dǎo)致熱塑性材料至少部分液化且導(dǎo)致液化材料壓出(而后這將會(huì)導(dǎo)致液化的材料流入細(xì)孔或結(jié)構(gòu)或腔)的所有過程與錨固件錨固在其中的物體是獨(dú)立的。如上所述，熱塑性材料的液化在缺少物體的情況下(甚至在真空或水下)也可實(shí)現(xiàn)。
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