專利名稱：用機械振動錨固銷釘?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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)、家俱業(yè)和機械結(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
直O(jiān)
背景技術(shù)：
借助機械振動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。當力在開口的軸向上作用于連接 件時，連接件被施以機械振動。連接件至少在一個表面上具有熱塑性材料，其在這個工序中 與物體材料相接觸。機械振動能量被設(shè)置成通過機械振動使預(yù)定錨固點區(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
本發(fā)明的目的是提供將錨固件錨固的改進方法。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。本發(fā)明的進一步的目的是提供適合自動化的錨固方法，其中可能的工作參數(shù)(例 如力或能量等)可以預(yù)先限定。本發(fā)明的更進一步的目的是提供改進的錨固裝置。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。該物體可對應(yīng)于第一選擇和第二選擇。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特征_表面中的孔，-表面中的結(jié)構(gòu)(例如帶有底切突脊布置結(jié)構(gòu))，-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-腔；該方法包括如下步驟-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；_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；-在對該第一構(gòu)件施加力時，使第三構(gòu)件振動，從而施加機械振動給該第一構(gòu)件， 同時通過該第二構(gòu)件對該第一構(gòu)件加載反力；-通過所述機械振動和所述力的聯(lián)合施加，在至少一個界面使至少部分熱塑性材 料液化，其中所述至少一個界面是該第一構(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；-通過由第二構(gòu)件和第三構(gòu)件聯(lián)合施加所述機械振動和所述力，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_讓液化材料重新固化，從而第一構(gòu)件被錨固在物體中。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被 壓縮。通常，通過力與反力之間的壓縮，使液化材料相對于由力限定的軸線側(cè)向流動，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，從而基本形成圍繞錨固件 的初始位置的環(huán)。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PCT/ CH2007/000460的教導(dǎo)相反，在該申請中，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(即當在大氣環(huán)境下錨固過程所用的一定大小的力沖擊時)，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%。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。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部分。第二構(gòu)件可以由不可被 機械振動液化的材料如金屬、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)件振動隔離開)。盡管在最優(yōu)選的實施例中，第二構(gòu)件將被保持靜止(并且僅通過第一構(gòu)件被弱振 動耦合到第三構(gòu)件上而振動)，但這種情況下不是必需的。相反，第二構(gòu)件還可以被主動引 起振動，該振動不同于第三構(gòu)件的振動(并且例如與其反相或不同相和/或不同頻率等)。
第三構(gòu)件整體上適合將機械振動從機械振動發(fā)生裝置(其可能包括壓電換能器； 更多常規(guī)的機械振動發(fā)生裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，因此將不會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，即它在該振動頻率 下如此振蕩，從而振動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或該點附 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，則振動是縱向振動，并且振動 頻率的振動波長為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)。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)的多個部分。第三構(gòu)件中的振動可以是縱向振動、橫向振動、扭振、其它類型的振動或不同振動 模式的組合(疊加)。與W098/00109、W000/79137 和 W02006/002569 以及國際專利申請 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)之間的至少一個界面處和/或在第一構(gòu)件中的至少一個界面處的(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 會在不存在錨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)件的力和機械振動的聯(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。然后，使熔化的熱塑性材料流入孔/結(jié)構(gòu)和/或至少一個腔中。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。對于有恒定橫截面(與沿軸線的位置相關(guān))的錨固件，與振動的第三構(gòu)件相鄰的 界面自動是用于開始液化的默認位置，這在本發(fā)明的多個實施例中是理想的。然而，錨固件 也可以(不同于恒定橫截面)包括一個導(dǎo)能器(能量集中器)或者多個導(dǎo)能器，以確保液 化發(fā)生在期望的位置。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-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??；_在寬廣的直徑范圍內(nèi)的至少一個凸起，凸起位于期待液化的界面處。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-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(例如相對的界面)的材料更高的機械振動能吸 收能力。例如，錨固件可以包括彼此粘附的兩個部分，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)。作為另一個例子，錨固件可以包括軟化劑，該軟化劑 在錨固件整個長度等上具有濃度梯度。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。這些耦合面例如可以在錨固件的相對兩側(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。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時候才需要被滿足， 因為錨固件例如可以在錨固過程中接觸物體側(cè)壁，由此吸收用于補償力與反力的大小和/ 或方向的略微不對等的其它力。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(而后這將會導(dǎo) 致液化的材料流入細孔或結(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)也可實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，盡管與同結(jié)構(gòu)物體的接觸無關(guān)的液化是占主導(dǎo)地位的液化機理，但 這并未排除通過錨固件和物體之間的摩擦導(dǎo)致的其它熔化。本發(fā)明方法具有如下主要優(yōu)點_適用于自動化因為由第一、第二、第三構(gòu)件組成的特定組件的必要參數(shù)是已知 的，所需的力可被自動施加，甚至可以使用其無法獲得關(guān)于阻力等的反饋的裝置。結(jié)構(gòu)物體 的幾何形狀細節(jié)是無關(guān)聯(lián)的。只是就用于使液化材料流入孔的液靜壓可能取決于材料性能 而言，結(jié)構(gòu)物體的材料性能是相關(guān)的。這可通過提供施加與材料相關(guān)的力(這可很容易從 中選擇)的可能性或通過確保力和反力在任何情況下仍足以允許相對硬的結(jié)構(gòu)的相互滲 透被顧及到。-與結(jié)構(gòu)物體的幾何形狀無關(guān)參數(shù)(要施加的力、振動能等)僅取決于所用的構(gòu) 件，而不取決于結(jié)構(gòu)物體。-與結(jié)構(gòu)材料品質(zhì)無關(guān)因為在待熔化的熱塑性材料和錨固件錨固到其中的物體 之間不需要摩擦，所以錨固還可能發(fā)生在強度很弱和/或易碎的材料中，例如非常多孔的 材料(石膏板、紙板、低密度復(fù)合木、稀泡沫材料等)。-與材料相關(guān)的新的自由度由于有本發(fā)明的方法，所以不再需要通過熱塑性材 料從耦合輸入面將振動能送到熱塑性材料和其錨固于其中的物體相接觸的位置。相反，液 化可直接發(fā)生在第一和第三構(gòu)件之間的界面、第一構(gòu)件中(由于內(nèi)摩擦)或其它界面。因 此，熱塑性材料的振動能輸送能力不像現(xiàn)有技術(shù)的方法中那么重要，因此，如果面臨具體任 務(wù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能在更多材料中做選擇。自動化錨固例如在家俱或預(yù)制建筑構(gòu)件或其它物體的生產(chǎn)線中是有用的。其還可 被用在手持裝置中，例如被用在建筑領(lǐng)域中的專業(yè)的或自己動手(DIY)的手持裝置中。根 據(jù)實施情況，自動化裝置不再需要壓靠物體，而是所有的力在自動化裝置的荷載架中產(chǎn)生。 因此如果安裝許多錨固體，則該過程將會讓使用者不那么疲勞。還有，錨固的成功與使用者 對該物體的了解和使用者的技能無關(guān)。因此，本文所述的實施例中的任一實施例的優(yōu)選變型方案的特點是在錨固過程中 通過彈簧件、液壓件或氣動件或其它合適機構(gòu)自動施加作用于錨固件的力的步驟。例如，彈 簧件/液壓件/氣動件可以如此布置，在振動發(fā)生裝置的非振動部分(并因而間接地通過 第三構(gòu)件)和反向件之間施加明確限定的力。優(yōu)選地，錨固件被錨固在預(yù)制開口(盲孔或通孔)中。因此，液化材料流向側(cè)向可
7導(dǎo)致液化材料滲入孔和/或開口側(cè)壁的結(jié)構(gòu)中。除此之外或作為替代，錨固通過在預(yù)制孔 后面(在其后側(cè))的腔進行。這樣的腔可以具有沿垂直于軸線測量的不受限的寬度或比預(yù) 制孔更大的直徑?！邦A(yù)制”不暗示孔必須僅為錨固的目的而制成，而是還指任何現(xiàn)有的開口或空間也 可被用于錨固。在本文中，構(gòu)件的方位有時參照軸線來描述，該軸線(錨固軸線)由錨固過程中施 力的方向限定。在錨固件被錨固在預(yù)制孔的實施例中，該軸線通常與孔的軸線同軸。通常， 實施本發(fā)明方法的人或設(shè)備不得不或需要僅從一側(cè)(通常例如如果錨固件用作“銷釘”或 緊固釘或緊固螺釘)接近待錨固的構(gòu)件和工具。實施該方法的人或設(shè)備由此接近工具的那 側(cè)(“前方”側(cè))被稱為“前”側(cè)，而該構(gòu)件的相對側(cè)(最深入物體中或到達其后側(cè)的那一 側(cè))在本文中被稱作“后”側(cè)。與驅(qū)動構(gòu)件進入結(jié)構(gòu)物體相關(guān)的“向前”方向是指遠離使用 者或設(shè)備的方向(例如用于使釘子或銷釘進入物體中的“常規(guī)”方向)，而“向后”是指與之 相反的、朝向使用者的方向。根據(jù)特定優(yōu)選的原理，力作為拉力(張力)被耦合入第三構(gòu)件(可以是聲振頭)。 根據(jù)本發(fā)明的這個特別優(yōu)選的實施例，機械振動可以從后側(cè)耦合入第一構(gòu)件(錨固件)。這 意味著第三構(gòu)件(其例如可以是振動發(fā)生裝置的聲振頭)穿過第一構(gòu)件并從后面接近第一 構(gòu)件，從而第一構(gòu)件的第一耦合面與第三構(gòu)件的耦合部相接觸。這個特別有利的原理與現(xiàn)有技術(shù)相比有顯著的優(yōu)點。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的例如 W098/00109所公開的錨固方法中，用于熔化熱塑性材料機械振動能從力側(cè)施加并且不得不 通過錨固件傳遞向后側(cè)，其中材料要在與結(jié)構(gòu)材料接觸的情況下熔化并錨固在其中。這可 能導(dǎo)致與將聲振頭耦合到錨固件有關(guān)的問題，因為錨固件前端被操縱并且機械振動能在前 端被吸收，而不是被傳遞到后端(錨固件的頭部熔化)。這種影響的消除尤其需要在聲振頭 和錨固件之間的力比較大，從而它們之間連接牢固。而相比之下，根據(jù)本發(fā)明的特別實施例 的方法通過不可液化的第三構(gòu)件(聲振頭/工具)將機械振動能傳遞到錨固件后端(其中 錨固件將被熔化)，并且可以利用“頭部熔化”效應(yīng)。還有，熱塑性材料熔化發(fā)生在期待位置 上，無須施加很強的力。為了能夠從后側(cè)接近錨固件，聲振頭通常足夠細長以穿過錨固件(或在其側(cè)面) 到達其后端。錨固件最好是空心的(因而例如是管形或套形)，聲振頭的桿經(jīng)軸線穿過錨固 件的孔。錨固件可以是單體件或者包括多個部分，每個部分具有穿過開口的軸線。如果錨固件(由單件或多部分構(gòu)成)具有穿過開口(聲振頭的桿從開口中穿過) 的軸線，則聲振頭(或者連接到其上機械振動傳動部件)不得不具有后加寬部，從而形成朝 外的耦合輸出面，該耦合輸出面與錨固件的第一耦合面接觸。但在錨固以后，這樣的后加寬 部因為有錨固件而無法再從前側(cè)移除。因此，可以有如下的基本可行處理方式-后加寬部連同桿在錨固后留在原位并形成錨固體的一部分。例如，后加寬部和桿 可以是單件的(例如是金屬的)并且一起形成聲振頭。如果桿被用于連接另一構(gòu)件，則這 種可行方式極其有利。為此，桿可選地包括例如螺紋結(jié)構(gòu)或者任何其它類型的裝配件。-后加寬部和桿可以在錨固后彼此分開。在此情況下，后加寬部由基部構(gòu)件形成， 優(yōu)選由與桿不同的材料構(gòu)成。例如，后加寬部可由裝配到桿后端的熱塑性材料制成，該桿例 如可以是金屬的。熱塑性材料可以與錨固件材料相同，或者可以是不同的。由于熱塑性材
8料在錨固過程之中或之后軟化或熔化，所以桿可回撤。根據(jù)第二種可能性，基部構(gòu)件可以在 錨固過程中熔接到錨固件上并在錨固后形成錨固體的一部分。作為替代，桿和基部構(gòu)件都 可以由在錨固狀態(tài)下不會熔化的材料制成(例如兩者由相同的材料制成)并且可通過機械 鎖合機構(gòu)(例如螺紋連接或卡口安裝)相互連接，機械鎖合機構(gòu)可以在錨固后被解除。_聲振頭可朝向后側(cè)被移除。但因?qū)嶋H緣故，大多數(shù)情況下不這樣做。在根據(jù)特別優(yōu)選的原理的實施例中，可以有不同的可行方式在兩個耦合面之間壓 縮錨固件。如果錨固件包括在其相對兩側(cè)的兩個耦合面，則最概括的描述是第二和第三構(gòu) 件彼此相對移動，從而錨固件在耦合面之間被壓縮(耦合面彼此靠近)。根據(jù)第一變型，第二構(gòu)件(在本文中常稱為“反向件”)相對結(jié)構(gòu)物體保持靜止。 第二構(gòu)件例如包括貼靠結(jié)構(gòu)物體正面的表面部。然后第三構(gòu)件(聲振頭，可能包括連接到 聲振頭的構(gòu)件)可被拉向前方，以壓縮錨固件。根據(jù)第二變型，振動的第三構(gòu)件保持在固定不動的位置并且第二構(gòu)件被推向后側(cè) 以壓縮錨固件。第二變型在結(jié)構(gòu)物體的開口深度有限的情況下是特別有利的。例如，錨固 件的長度最初可以比開口的深度大。將構(gòu)件保持在固定位置的力在物理意義不做任何功。因此它無需是任何主動的 力，但可以由各構(gòu)件(其僅被不可相對物體移動的尺寸穩(wěn)定的物件支撐)或者連接到其上 的部件產(chǎn)生，例如是物體本身的正面。當然，在第二變型的情況下，不是第三構(gòu)件被不可移 動的物件支撐，而是振動發(fā)生裝置的不振動殼體或連接到振動發(fā)生裝置的非振動部件。第一和第二變型的結(jié)合也是可行的，即第二和第三構(gòu)件兩者都相對結(jié)構(gòu)物體移動 的方法是可行的。根據(jù)作為“張力”或“向后”原理的替代，在本發(fā)明的不同實施例中，按常規(guī)從前側(cè) 施加機械振動，而反力通過第二構(gòu)件從后側(cè)施加。第二構(gòu)件于是可以是這樣的，即它到達物 體正面并被保持在那里(通過支撐在物體正面上或被實施該方法的人或設(shè)備保持)。在下 述情況下優(yōu)選這種做法，即結(jié)構(gòu)物體中的孔是通孔，或者在孔底部的結(jié)構(gòu)材料是相對薄弱 或易碎的。作為強度較低的結(jié)構(gòu)物體的替代，“向前”錨固原理的其它實施例的特點可以是反 向件在錨固過程中貼靠孔的底部。反向件例如可以是由套筒形成的容座，其具有容座嘴部和多個孔，第一構(gòu)件放置 在容座中。在液化過程中，液化材料被壓迫經(jīng)過開口并進入結(jié)構(gòu)物體的孔、結(jié)構(gòu)和/或腔 中。反向件可以包括在嘴部區(qū)域側(cè)突出的凸緣，從而反向件可以支撐在結(jié)構(gòu)物體的穩(wěn)定的 正面上。或者，套筒能以沉頭方式被錨固，在錨固過程中套筒貼靠結(jié)構(gòu)物體中的孔的底部。反向件是有多個孔的套筒的實施例具有附加的(有時是有利的)特征，即液化材 料的流動在空間上受限。這僅發(fā)生在特有流出(開口)位置，該位置還可在錨固過程中留 在固定的位置上。在本文中，“熱塑性材料”被用于描述包括因外和/或內(nèi)摩擦能通過機械振動被液 化的至少一種熱塑性成分的材料。熱塑性材料構(gòu)成錨固件的至少一部分，其可以形成整個 錨固件。除熱塑性物質(zhì)之外，熱塑性材料還可以包括非熱塑性成分，例如加強纖維、加強薄 片、填料等。非熱塑性成分可以均勻分布在熱塑性材料中或以不同濃度存在。錨固件還可 包括無熱塑性材料區(qū)域。這樣的區(qū)域可以由金屬、玻璃、陶瓷材料或非熱塑性材料或與主要熱塑性材料相比在高許多的溫度下才會液化的熱塑性材料構(gòu)成。機械振動頻率(其適用于本文所述的本發(fā)明所有方案)通常介于2kHz至200kHz 之間，其振幅可以為約20 μ m,例如在約1 μ m至100 μ m之間，對于特殊應(yīng)用，也可以更高或 更低。如果熱塑性材料要承擔承受加載供能并且僅在所謂的接觸區(qū)液化，則其應(yīng)該有大于 0. 5GPa、優(yōu)選是IGPa或更高的彈性系數(shù)。然而，如在本文別處提到的，新級別的熱塑性材料 (包括具有相對低的彈性模量的熱塑性材料，在特殊應(yīng)用中甚至小于IGPa或小于0. 5GPa) 被用于錨固對本發(fā)明來說也是可能的?？刹捎媒ㄖ玫娜魏螣崴苄圆牧匣驘崴苄圆牧辖M合。熱塑性材料的例子包括各 種各樣的較硬和較軟的聚合物材料，包括其共聚物和摻合物。事實上，可以使用幾乎所有的 可注塑成型的聚合物。合適材料的列表例如可以從2003年由慕尼黑的Hanser出版社出版 的GrewellD. A.，Benatar A.和Park J.B(eds.)等人的“塑料和復(fù)合材料熔接手冊”的第 176-179頁找到。本發(fā)明還涉及用于在結(jié)構(gòu)材料物體中制造錨固體的裝置。該裝置優(yōu)選設(shè)計成用于 實施上述方法并且包括針對該方法所描述的構(gòu)件。該裝置例如可以包括-包括熱塑性材料且具有第一耦合面和第二耦合面的錨固件；-反向件，其包括反向件耦合面-第三構(gòu)件，該第三構(gòu)件適合于耦合到機械振動發(fā)生裝置并將機械振動傳遞到第 三構(gòu)件的耦合輸出面，該錨固件、反向件和第三構(gòu)件適合如此組裝-該第三構(gòu)件的耦合輸出面鄰接該第一耦合面；-該反向件耦合面鄰接該第二耦合面，-通過對第三構(gòu)件和反向件分別施加大小相等但方向相反的力和反力，對該錨固 件施加壓縮力；-其中該力和反力的方向是這樣的，相對于由力和反力限定的軸線，在與第三構(gòu)件 相接的界面附近的錨固件的側(cè)向最外表面由熱塑性材料形成。


以下，結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的實施例，附圖是示意性的并且未按比例繪制。在附 圖中，相同的附圖標記被用于相同或等同的元件，其中圖Ia和圖Ib示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的第一實施例；圖2示出了圖Ia和圖Ib的裝置的變型；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的另一原理；圖4示出了包括本發(fā)明裝置的組件，用于實施本發(fā)明方法的一個實施例；圖5a至圖5e示出了本發(fā)明方法的實施例的方法步驟；圖6a和圖6b示出了本發(fā)明方法和裝置的另一實施例；圖7a和圖7b示出了本發(fā)明方法和裝置的又一實施例；圖8a和圖8b示出了本發(fā)明的方法和裝置的再一實施例；圖9a至圖9e示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實施例的方法步驟；圖IOa和圖IOb示出了用于錨固在空心芯板中本發(fā)明方法和裝置的實施例；
10
圖Ila和圖lib示出了用于錨固在空心墻中的本發(fā)明方法和裝置的實施例；圖12a和圖12b示出了用于錨固在開有豎孔的磚中的本發(fā)明方法和裝置的實施 例；圖13a至圖13c以截面圖示出了錨固件和聲振頭桿的變型；圖14示出了適用于傳遞拉力的接合；圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的另一實施例；圖16和圖17示出了本發(fā)明幾個實施例的變型的聲振頭的俯視圖；圖18以剖視圖形式示出了用于“向前”錨固的錨固件和反向件的另一布置構(gòu)造；圖19a和圖19b示出了根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的實施例；圖20a和圖20b示出了根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的另一實施例；圖21示出了用于本發(fā)明不同實施例的布置構(gòu)造的變型。
具體實施例方式圖Ia的第一構(gòu)件(錨固件)由具有套筒軸線7的熱塑性材料套筒構(gòu)成。錨固件 1的端面限定出第一耦合面1. 11和第二耦合面1. 12。在所示構(gòu)造中的錨固件位于結(jié)構(gòu)物體11的孔中。就軸向而言，錨固件被夾在第二 構(gòu)件(反向件2)和第三構(gòu)件(工具3)的耦合輸出面3.1之間。為此，工具3包括工具桿 3. 4和在示出方案中為盤狀的后加寬部3. 2，該后加寬部限定出向前的耦合輸出面3. 1。拉力在錨固過程中被施加在工具3上，同時，同樣大小但方向相反的反力施加在 反向件上，從而錨固件1在工具和反向件之間被壓縮。在所示的構(gòu)造中，反向件壓靠物體11 的正面11. 1，因而外加于反向件2的力無需精確限定，而是可以大于拉力，因為物體11作用 于反向件2的法向力補償可能有的多余外力，在此情況下自動調(diào)節(jié)反力的大小等于拉力。在圖1和以下的圖中，施加到振動件(和由振動件作用在錨固件上)的力基本上 用箭頭4表示，而通過反向件施加的反力用帶點箭頭6表示，不管相應(yīng)的力是否是保持力 (即該力所作用的構(gòu)件仍被其保持靜止)或者它是否實際上移動構(gòu)件以壓縮錨固件。實際 上如下所述，施加于工具的力或施加于反向件的力或施加于工具的力和施加于反向件的力 兩者可以使相應(yīng)構(gòu)件移動，因而壓縮位于工具和反向件之間的錨固件。當拉力作用于工具3時，機械振動(例如超聲振動，振動頻率例如處于2kHz和 200kHz之間)作用于工具。因而，在第一耦合面1. 11上，熱塑性材料開始熔化。錨固件1 朝其后部地包括用作導(dǎo)能器的漸縮部1. 21。由于有拉力，所以使液化熱塑性材料向側(cè)旁流入結(jié)構(gòu)物體的孔或預(yù)先存在的結(jié)構(gòu) 中或滲入結(jié)構(gòu)物體材料的非均質(zhì)部(由此在其中產(chǎn)生孔并填充該孔)。這由圖Ib示出。將 液化材料部分壓入預(yù)先存在的孔或非均質(zhì)部中的壓力受到工具形狀的影響。例如，如果后 加寬部3. 2能覆蓋孔的整個寬度，則液體材料不會向后流動，因而壓力可以比液體材料會 漏到后側(cè)時的壓力高。如果結(jié)構(gòu)物體材料相對軟或易碎和/或具有大量的非均質(zhì)部的話，則被壓入孔中 的液化材料部分1.22在重新固化之后限定出形狀配合連接，這是因為其深深錨固在結(jié)構(gòu) 物體中而也是堅固的。在所示的構(gòu)造中，工具3在錨固過程之后再也不能移除。然而工具可以用作錨固件的功能部，并且例如可被用于連接另一構(gòu)件到其上。其例如可以包括螺紋(未示出)或 其它能實現(xiàn)連接的結(jié)構(gòu)，或者其它構(gòu)件可被膠粘、焊接或熔接等到其上。此外，作為上述實 施例的替代，工具的后加寬部可以使其沒有占據(jù)孔的整個寬度，從而一些液化材料仍可流 到加寬部之后，結(jié)果在錨固之后在工具3和錨固件1之間也有形狀配合連接。在替代方案中，孔可以是通孔，工具可以向背面被移除。具有可從前面移除的工具 的可能性在下文進一步描述。圖2的實施例與圖Ia和圖Ib中的實施例的區(qū)別之處在于套筒狀錨固件1具有較 薄的壁，但不具有任何導(dǎo)能器。圖3示出了在通孔中的錨固件。所示的配置與圖Ia和圖2的配置的區(qū)別之處還 在于工具3 (聲振頭)在錨固過程中不是受拉，而是被壓。在所示的方案中，聲振頭呈管形。 另一方面，反向件具有穿過錨固件的桿2. 4，還具有用于被壓靠錨固件的第二耦合面1. 12 上的后加寬部。反向件在錨固后留在原位，或者它可從背面被移除(如果這樣的移除可行 的話)。在圖3中也示出本發(fā)明的具體實施例的另一個特征。根據(jù)錨固件的形狀，也可以 使錨固件ι在與反向件2相鄰的界面處開始熔化，或者甚至僅在該界面處熔化(而不在與 聲振頭相鄰的界面處)。在圖3中，錨固件包括朝向聲振頭的第一漸縮部、和朝向反向件的 更明顯的第二漸縮部。取決于漸縮部(或其存在與否)、選定的熱塑性材料的彈性模量和 錨固件1中的機械振動波長，可以使熱塑性材料在與聲振頭或反向件相鄰的界面或甚至這 兩個界面處開始液化。在圖3所示的配置中，熱塑性材料可以在兩個界面處開始液化。這 樣的構(gòu)造(既是“向前”類型，也是“向后”類型)可被用于確保受控的雙位錨固。在結(jié)構(gòu) 物體的單個開口中時可以是這種情況，用于加強穩(wěn)定性。作為替代，甚至可以在兩個不同結(jié) 構(gòu)物體中出現(xiàn)這種情況(因此后側(cè)錨固位置在一個物體中，而前側(cè)錨固位置在另一個物體 中，這種錨固將兩個物體彼此緊固在一起)。然而，根據(jù)本發(fā)明的方法的特別優(yōu)點在于，其尤其適合錨固件在與聲振頭(或其 它振動件)相鄰的界面處開始融化的情況。因此，在所有的附圖中(除了圖3和明確提到 按照其它方式的情況)，所示出的情況是液化(最初)發(fā)生在與振動件相鄰的界面處。但本 領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，基于圖3的教導(dǎo)也可修改其它附圖的構(gòu)造以使最初熔化也可發(fā)生 在其它位置。圖4示出了基部構(gòu)件31的原理，該基部構(gòu)件用于施加振動并允許在錨固件錨固之 后移除聲振頭。該基部構(gòu)件在錨固之前聯(lián)接到聲振頭3。這例如可以通過聲振頭3和基部 構(gòu)件31的螺紋來實現(xiàn)或者通過具有合適結(jié)構(gòu)(比如如圖4所示的肋/槽3. 11、表面粗糙 等)的聲振頭并使基部構(gòu)件的熱塑性材料在組裝步驟中局部液化以流入這些結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。更概括地說，錨固過程所需的構(gòu)件的組裝包括如下步驟-牢固地將聲振頭3聯(lián)接到振動發(fā)生裝置32。相應(yīng)的聯(lián)接機構(gòu)33如圖4示意所 示；-將反向件2和套筒狀錨固件1推壓到聲振頭3上；和-將基部構(gòu)件31聯(lián)接到聲振頭3的后端(末端)。如果這通過使基部構(gòu)件31的 材料局部或全部熔化來實現(xiàn)，則基部構(gòu)件31 (或基部構(gòu)件材料)可在熔化過程中被合適的 機構(gòu)保持。這樣的機構(gòu)甚至可以制成用于基部構(gòu)件的模子的形式，從而基部構(gòu)件無需預(yù)制，而是可在模子中澆鑄液體熱塑性材料而制成。作為替代，基部構(gòu)件可以是預(yù)制的，并且聲振 頭在振動時可以被壓入其中。隨后(如果在基部構(gòu)件冷卻后有必要)，該組件可以被放置在結(jié)構(gòu)物體中的合適 的預(yù)制開口中。該開口(孔)被制成具有比基部構(gòu)件和錨固件的外徑略大的直徑。該開口 可以是通孔或盲孔，在后者情況下其可以比錨固件長度略深。這樣，聲振頭連同基部構(gòu)件和錨固件被插入開口，被置于理想位置。在圖5a至圖5e中示出錨固過程本身。圖5a示出了將聲振頭連同錨固件和基部 構(gòu)件插入開口的步驟。當錨固件已到達其位置時(圖5b)，反向件壓靠物體正面11. 1 (箭頭 6)，并且開始機械振動(箭頭5)。然后，當機械振動和反力持續(xù)起作用時，聲振頭被拉力抽 回，使材料在拉力和機械振動的聯(lián)合作用下液化，從而滲入結(jié)構(gòu)物體的孔壁中(圖5c)。在 該過程中，包圍聲振頭的熱塑性材料也被軟化，并且在經(jīng)過一段時間后，聲振頭可以如圖5d 所示地回撤。在聲振頭3回撤且反向件2移除以后，錨固件和基部構(gòu)件一起保持錨固在物 體11中。因為熱塑性材料在界面處熔化，所以錨固件1和基部構(gòu)件31將會相互熔接并在 重新固化后一起形成例如可作為銷釘用于連接另一物體的錨固體41 (圖5e)。這種“銷釘”應(yīng)用(即按照本發(fā)明方法的其它實施例制成的錨固體可被用作銷釘) 特別適合連接螺釘?shù)綇姸热趸蚓植繌姸热醯慕Y(jié)構(gòu)物體中，例如多孔混凝土(如圖所示)、或 其它強度弱的、軟的或易碎的材料。在圖6a和圖6b中示出了其它原理。這些原理無需如圖所示地結(jié)合起來，而可以 獨立地應(yīng)用，并且在相容情況下可以與其它圖中涉及的原理相結(jié)合，例如與圖1至圖3的聲 振頭布置相結(jié)合-錨固件包括兩個最初分離的錨固件部1.1和1. 2，它們均可以由同種熱塑性材料 制成或由不同材料制成。例如，第二錨固件部1.2(其不與振動件直接接觸)可以由具有比 第一錨固件部1. 1更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的熱塑性材料制成或者由非熱塑性材料制成。在 錨固過程中，第一錨固件部1. 1從第一接觸面1. 11 (與振動件相接的接觸面)開始熔化至 這樣的程度，即與第二錨固件部1. 2接觸的熱塑性材料也被熔化并且兩個錨固件部熔接。-反向件不是如之前圖所示地為有中心通孔的盤狀或板狀，而是包括法蘭狀箍套， 其能突入開口中并因此能使錨固件不與物體正面平齊而是形成沉孔。反向件的其它形狀 (限定不同的錨固件位置，包括錨固件從結(jié)構(gòu)物體正面突出的位置)也是可能的。在所示的配置中，如參考圖4和圖5a_圖5e所述的錨固件的熱塑性基部構(gòu)件在錨 固過程中也與錨固件熔接并因此被看作錨固體41的另一部分(在所示實施例中的第三部 分)。在移除聲振頭3之后，錨固體作為用于螺釘22的銷釘，該螺釘在重新固化步驟之 后可被擰入熱塑性材料中。螺釘例如用于將另一構(gòu)件23 (在圖中僅非常示意性地示出)連 接到物體11。進一步的變型包括-第二構(gòu)件(反向件)2無需由金屬制成，而可以由塑料制成，例如由玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度遠高于錨固件1的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的熱塑性材料制成，或者由熱固化材料制成；-在第二構(gòu)件和人或設(shè)備施加反力的位置之間，可以布置另一構(gòu)件。實際上，可以 有任何數(shù)目的構(gòu)件(包括墊圈、套、套管等)。
13
-錨固件或其最前面的錨固件部(最接近實施該方法的使用者或設(shè)備)可以包括 用于直接連接另一構(gòu)件到結(jié)構(gòu)物體上的錨固件頭，作為“銷釘”功能的替代或補充。-被液化的熱塑性材料擴流入例如磚如帶有豎孔的磚的孔洞中，或流入在面板狀 或木板狀結(jié)構(gòu)物體后的腔中。參考圖1至圖2和圖4至圖6所述的實施例都是基于這樣的原理(其在許多情況 下是有利的)，即根據(jù)該原理，振動從后側(cè)被耦合入錨固件并且所需的力作為張力(拉力) 被耦合入聲振頭。甚至在該原理的應(yīng)用中，可以選擇聲振頭或反向件或是它們兩者移動來 壓縮部分液化的錨固件。這在圖7a、圖7b、圖8a和圖8b中被示出。圖7a示出了錨固過程開始時的結(jié)構(gòu)，為了說明目的，所示出的結(jié)構(gòu)物體具有通孔 (參照該圖的設(shè)想同樣適用于盲孔)，聲振頭如圖所示地屬于在錨固后仍留在原位并作為 錨固體的一部分的類型。類似于參照圖5a至圖5e所描述的過程，錨固過程的特征在于聲 振頭3被拉動。在附圖中還示出了用于連接聲振頭到振動發(fā)生裝置的聲振頭結(jié)構(gòu)3. 11。圖 7b示出了錨固后的錨固體，其由錨固件1和留在原位的聲振頭3構(gòu)成。如圖所示，在該實施 例中，錨固件的正面1. 12不受錨固過程影響地留在原位。在圖8a和圖8b中示出了另一種基本可行方式，示出了在錨固過程開始時的錨固 布置結(jié)構(gòu)和錨固過程之后的錨固體。在所示的例子中，開口是盲孔，但同樣的過程也能夠應(yīng) 用于通孔。在錨固過程中，作用于錨固件1的拉力4用于保持錨固件靜止不動，而反向件2 被推向錨固件的后端。該原理基本上與圖7a和圖7b所示的一樣，但“推壓反向件”的變型 方案特別適合深度有限的盲孔。如上所述，本發(fā)明方法的另一優(yōu)點為自動化錨固的適用在例如家俱或預(yù)制建筑構(gòu) 件或其它物體的生產(chǎn)線上，或者適合由手持裝置使用。相應(yīng)方法的特征在于自動施力于聲 振頭上和反向件上(或在聲振頭或與之連接的物件和反向件之間)的步驟。例如，彈簧件可 以存在于聲振頭與反向件之間。在圖9a至圖9e中示出了相應(yīng)的方法。盡管在圖示中的布 置構(gòu)造是參照圖4和圖5a_圖5e所描述的類型，但所描述的原理也適用于其它布置構(gòu)造， 例如具有如圖1所示的帶后加寬部3. 2的聲振頭的布置構(gòu)造。圖9示出了將聲振頭連同錨固件和基部構(gòu)件插入開口中的步驟。除了參見圖5a所 描述的構(gòu)件外，該布置構(gòu)造還包括在聲振頭(或更確切說，在連接到聲振頭但與其振動隔 離的殼體或類似物，例如振動發(fā)生裝置的殼體32或在這些圖中的框架33或連接到其上的 其它物體)與反向件2之間的張緊的彈簧件34。在該組件定位之后，可以釋放彈簧力。如 圖9b中的雙箭頭35所示，施加在聲振頭3上的力和施加在反向件2上的反力兩者于是都 可由彈簧件施加。因為在錨固過程中振動發(fā)生裝置32的位置至少幾乎不變，所以彈簧力將 使反向件2在錨固過程中前移，如圖9c所示。因為液化主要發(fā)生在基部構(gòu)件31和錨固件 1之間界面處或該界面處附近，所以在錨固件1和反向件2之間的界面處將不會有任何液 化熱塑性材料，并且如同之前的實施例，在錨固之后反向件可以與聲振頭一起被移除(圖 9d)。圖9e顯示了該過程之后的錨固體。在所示的構(gòu)造中，彈簧件如圖所示抵接獨立的套筒形或環(huán)形反向件。者不是必須 的。相反，彈簧件自身的(例如環(huán)形)抵接面可以用于代替反向件。作為在荷載架中的彈簧 件(其在附圖中為示意的目的已經(jīng)繪出)的替代，也可以使用其它施力機構(gòu)，例如液壓件、 氣動件等。
根據(jù)本發(fā)明的方法尤其適合將錨固體連接到強度弱或易碎的多孔材料中。此外， 其適合錨固在薄而硬的壁部后面沒有材料或僅有很薄弱的材料的物體中。這樣的物體例如 可以是空心壁或空心芯板等。圖IOa和圖IOb示出了在結(jié)構(gòu)物體11中的錨固，在此，結(jié)構(gòu)物體是空心芯板11。 在所示的實施例中，空心芯板包括兩層相對薄而硬的面板51和其間的軟填料52。填料例如 可以是芯材或隔離材料，例如聚苯乙烯泡沫材料或玻璃棉等。通過例如如圖1和圖2所述的方法(有或沒有如圖9所示的自動施力)來實現(xiàn)錨 固。錨固尤其是抵抗拉力的固定的發(fā)生與填料性能無關(guān)，甚至在沒有任何填料的情況下仍 能進行。然而，如果填料52具有一定的剛性或多孔性，則錨固甚至?xí)韧耆招牡奶畛淇?間時更有效。在空心墻中的錨固如圖Ila和圖lib所示。物體11是板材(或者由多塊板材或 其它平面物體構(gòu)成的墻)，其借助隔圈連接到由非常硬的材料如硬混凝土制成的墻61的正 面。錨固方法可以是上述任意一種方法。液化熱塑性材料擴流入木板后的腔中(如圖lib 所示)并且尤其是抵抗拉力地可靠固定錨固體(包括錨固件以及聲振頭3)。圖Ila和圖lib還示出了借助于在此包括通過合適的引導(dǎo)機構(gòu)38被引導(dǎo)的兩個 彈簧的彈簧件在聲振頭和反向件之間施力。在本例子中，與圖9的例子相反，彈簧使聲振頭 3回撤，而反向件2壓靠結(jié)構(gòu)物體正面。如果圖1 Ia和圖1 Ib所示的方法通過手持工具來實 施，則該工具可以包括振動發(fā)生裝置32在其中平移的殼體，從而殼體在此過程中被使用者 保持其位置，而振動發(fā)生裝置縮回殼體內(nèi)。殼體例如可以連接到反向件2。圖12a和圖12b示出了在豎直開孔的磚11中的錨固，其中液化聚合材料(圖12b) 的擴流發(fā)生在磚的腔11. 3中。在這種情況下，該孔與豎直開孔成直角或一定角度，并且通 向豎直開孔。除了圖3實施例外的上述所有實施例是基于這樣的原理(其在許多情況下是有 利的)，根據(jù)該原理，振動從后面被耦合入錨固件，所必需的力作為拉力被耦合入聲振頭，即 “向后”錨固。在這些實施例中，聲振頭的桿3.4有時不得不穿過錨固件。迄今描述的優(yōu)選 實施例是形成管形或套筒形錨固件且聲振頭的桿穿過錨固件的中心孔。聲振頭的桿3. 4的 外徑總是小于錨固件1的內(nèi)徑。這種優(yōu)選構(gòu)造在圖13a中示出，其示出了聲振頭桿和錨固 件的剖面。然而，這樣的對稱構(gòu)造不是必須的。相反，其它的構(gòu)造例如圖13b所示的偏心構(gòu) 造或者其它構(gòu)造(外輪廓圓形對稱或不對稱)也是可行的。圖13c示出又一構(gòu)造，其中錨 固件包括布置在聲振頭3的不同側(cè)的兩個獨立的錨固件部1. 1和1. 2。這使得T桿型聲振 頭桿也是可行的，其優(yōu)點在于受力穩(wěn)定性。圖13c也示出反向件2所處的位置。在圖13a至圖13c以及圖16至圖18中，軸線7垂直于圖面。在基于“向后錨固”原理的實施例中，要被耦合入錨固件的力4作為張力作用于聲 振頭3。這需要在振動發(fā)生裝置上的合適的連接機構(gòu)，其不僅需要適用于拉伸載荷，也應(yīng)適 合在拉伸載荷下的機械振動傳遞。這樣的連接機構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。它們通 常是基于形狀配合(螺紋連接、按扣緊固、卡口連接等)或可能依據(jù)材料結(jié)合(膠粘、熔接 或焊接)或摩擦配合(夾緊連接)。這些廣為人知的連接機構(gòu)在此不再描述。形狀配合連 接機構(gòu)的原理在圖14中示出?？梢圆捎萌鐖D所示的連接形式或替代形式。振動發(fā)生裝置 包括突入在工具3近端處的間隙中且朝其遠端變寬的擴展部，從而它可以傳遞張力。為將
15工具3聯(lián)接到振動發(fā)生裝置，它們垂直于圖14的平面地被相對移動?？梢钥紤]燕尾型連接 或類似變型。在聲振頭在錨固后留在原位并形成錨固體的一部分的實施例中，也可以使用同樣 的連接機構(gòu)將其它構(gòu)件連接到錨固體(當然，在這些實施例中將聲振頭連接到振動發(fā)生裝 置的實質(zhì)上不可逆轉(zhuǎn)的聯(lián)接是不太合適的，例如膠粘、熔接、焊接或類似方式)。圖15示出了本發(fā)明的方法和裝置的另一實施例。此實施例基于如圖1和圖2所 示的構(gòu)想，但顯著區(qū)別在于錨固件被構(gòu)造成使熱塑性材料的液化在錨固件1和反向件2之 間界面處開始，不是在如圖1和圖2的實施例所述的錨固件1和聲振頭3之間界面處開始。 為此，錨固件包括與反向件的界面相接觸的導(dǎo)能器。在所示的實施例中，導(dǎo)能器由朝向錨固 件前側(cè)的漸縮部構(gòu)成。反向件稍微突入結(jié)構(gòu)物體的開口中，從而在液化后向旁側(cè)流動的熱 塑性材料不會滲出開口，而是進入結(jié)構(gòu)材料的孔/結(jié)構(gòu)中。該實施例特別適合于這種情況，即希望錨固在開口中的預(yù)定位置和/或接近結(jié)構(gòu) 物體11的正面處。圖16示出了聲振頭性能的變型方式，其可被用于根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的“向后”類型 的布置構(gòu)造/方法。圖16的聲振頭包括多個導(dǎo)液通道3. 21，其例如以在后加寬部的向正 面上的溝槽(圖16示出了在面朝應(yīng)用本方法的使用者/設(shè)備的表面上的視圖)形式設(shè)置。 錨固件的材料將會在與后加寬部3. 2的最前面接觸中液化，然后會進入通道并從那里流向 橫向兩側(cè)。該實施例特別適合按照特定的方位角聚集液化材料。在圖17的實施例中，后加寬部包括允許液化材料經(jīng)過的開口或缺口 3. 22。由于這 個構(gòu)想，使聲振頭部分移動穿過錨固件材料并在聲振頭后側(cè)留下這種材料墊，而不是使錨 固件在錨固過程中因受限于聲振頭的后加寬部與反向件之間而變短。這個實施例尤其適合 這樣的情況，即錨固還要承受軸向向后載荷的情況，因為墊可以吸收這樣的力，尤其是如果 其填充后加寬部與結(jié)構(gòu)物體中開口的底面之間的空隙。作為所示徑向向外的缺口的替代，也可以有其它形式的開口 /缺口。例如后加寬 部可包括有相同或不同尺寸的多個洞。例如，這樣的開口呈徑向放射狀布置并具有隨與桿 3. 4之間距離的增大而增大的尺寸。“向前”類型的裝置和方法的其它例子將參考圖18至圖21來描述。圖18示出了錨固件1和反向件2的布置構(gòu)造的剖視圖。與圖3所示的實施例相 比，穿過錨固件1的反向件部分布置在錨固件的周邊處。在所示的構(gòu)造中，其包括沿錨固件 的長度被側(cè)向引導(dǎo)的兩個桿2. 4。這種構(gòu)造(和反向件被保持遠離外周邊而不是保持遠離 錨固件芯部的其它構(gòu)造)與圖3的實施例相比，在操作反向件和聲振頭/振動發(fā)生裝置方 面具有優(yōu)勢。圖19a和圖19b示出了一種裝置和方法的第一示例，其中反向件2呈容座如套筒 形式。圖19a示出了在錨固過程開始時的布置構(gòu)造，而圖19b示出了接近錨固過程結(jié)束的 布置構(gòu)造。容座包括單個向外嘴部2. 2和在側(cè)表面上(在側(cè)向)的以及可能還在朝內(nèi)表面中 (未示出)的多個開口 2.1。錨固過程之前，錨固件1可以布置在容座中并且例如固定在其 中。作為替代，錨固件可以最初與容座分開并且在錨固之前插入其中。錨固過程中，聲振頭3從前側(cè)壓靠錨固件，同時它振動(機械振動5)。反向件包括凸緣2. 3，該凸緣位于結(jié)構(gòu)物體的開口附近的外表面上并因而產(chǎn)生作為作用在凸緣2. 3上 的法向力的反力6。由于施加到錨固件的機械振動和壓力的作用，錨固件開始熔化，而后被 壓穿過開口 2. 1并進入周圍材料52的孔中，這些材料52的機械穩(wěn)定性顯著小于產(chǎn)生法向 力的前面板(圖1%)。為了使熱塑性材料在孔附近開始熔化，容座2或錨固件1或它們兩 者包括相應(yīng)的能量導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，例如縮窄部、邊緣、末端等。在所示的配置中，錨固件包括在開 口 2.1附近的朝內(nèi)的凸起2. 4。圖19a和圖19b的實施例例如可以用于錨固件材料比其它實施例的錨固件材料更 軟的場合，從而熔化這些材料的熱量還可以(主要或大部分地)由內(nèi)摩擦力產(chǎn)生，而不是主 要通過在界面處吸收的機械能。例如錨固在相對軟和/或易碎的材料中的套筒狀容座例如可用作銷釘。其甚至可 包括預(yù)制結(jié)構(gòu)(如螺紋)以將其它構(gòu)件如螺釘連接于其上。這樣的其它構(gòu)件可以支承在套 筒自身上和/或套筒內(nèi)的剩余熱塑性材料上。除此之外或作為替代，凸緣2. 3 (類似于螺釘頭)可被用于將在錨固前放置的其它 構(gòu)件連接到正面上。在所示的配置中，通過凸緣以法向力形式產(chǎn)生反力。然而，套筒狀反向件2同樣可 以被其它機構(gòu)很好地保持，例如被實施該方法的使用者/設(shè)備主動保持。甚至在所示的構(gòu)造中，反力以法向力形式來產(chǎn)生，因而最終錨固所必需的力作用 在物體上，這比現(xiàn)有技術(shù)中的方法例如W098/00109所述的方法有顯著的優(yōu)點包括用于液 化熱塑性材料最終滲入其中的結(jié)構(gòu)/孔和/或腔的表面不承受機械載荷。產(chǎn)生法向力的位 置(在圖示構(gòu)造中是前面板)與錨固件最終錨固的位置不同。這個優(yōu)點在這樣的配置中 是有利的，即結(jié)構(gòu)物體中的材料的機械強度不夠高，而錨固件不得不錨固在機械穩(wěn)定性較 弱的材料中_例如所示的包括硬薄板和在其下的軟材料的結(jié)構(gòu)物體，即夾層材料或隔離材 料。圖20a和圖20b示出了 一種裝置/方法的又一實施例，其中，反向件呈套筒狀容座 形式。然而，在該實施例中，反力6由在結(jié)構(gòu)構(gòu)件11中的盲孔的底部的法向力產(chǎn)生，即通過 反向件壓靠盲孔底部產(chǎn)生。該實施例適用于比較堅硬且受力穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)物體，例如木材或 復(fù)合木材或(多孔的)混凝土或致密金屬泡沫材料等構(gòu)成的結(jié)構(gòu)物體。圖20a和圖20b的實施例在多種情況下尤其適合形成用于其它構(gòu)件22的銷釘， 其中與其它構(gòu)件的連接不得不承受高載荷和/或長時間承載?；诰酆衔锊牧系默F(xiàn)有技 術(shù)的銷釘具有這樣的問題，即聚合物材料在長時間后流動。這個問題由于其它構(gòu)件所連接 到的例如金屬的套筒2的作用而顯著減輕。例如，如表示錨固過程后的錨固件的圖20b所 示，聲振頭可被選擇成使幾乎所有聚合物材料移動經(jīng)過套筒深度的絕大部分，從而其它構(gòu) 件22 (如圖所示為螺釘)直接固定到套筒2上。圖21所示裝置的變型與之前所示的實施例的區(qū)別在于其還在(或僅在)套筒底 部包括開口 2. 1。保證在底部的熱塑性材料熔化的導(dǎo)能器由在套筒底部的朝后凸起2. 11形 成。此變型方案還可設(shè)有類似于圖19a的實施例中的凸緣特征?？梢韵氲皆S多其它實施例而不背離本發(fā)明的范圍和思想。
權(quán)利要求
一種將構(gòu)件錨固在結(jié)構(gòu)物體中的方法，該結(jié)構(gòu)物體的表面具有孔或結(jié)構(gòu)和/或在該表面總能通過處于液靜壓的液體產(chǎn)生孔和/或在該結(jié)構(gòu)物體中限定出腔，該方法包括如下步驟 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； 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，將該第二構(gòu)件安置成與該第一構(gòu)件接觸； 在對該第一構(gòu)件施加力時，使第三構(gòu)件振動，從而施加機械振動到該第一構(gòu)件，同時通過該第二構(gòu)件對該第一構(gòu)件加載反力； 通過聯(lián)合施加該機械振動和該力，使至少部分熱塑性材料液化，從而產(chǎn)生液化材料； 通過由該第二構(gòu)件和該第三構(gòu)件聯(lián)合施加該機械振動和該力，使該第一構(gòu)件被壓縮并因此使所述液化材料流入孔和/或結(jié)構(gòu)和/或腔中；和 使所述液化材料重新固化，從而該第一構(gòu)件被錨固在該物體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括通過該第一構(gòu)件的所述液化材料 使該第二構(gòu)件被錨固的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過該第一構(gòu)件的所述液化材料使該第 二構(gòu)件被錨固的步驟包括使該第二構(gòu)件熔接到該第一構(gòu)件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，還包括通過該第一構(gòu)件的所 述液化材料使該第三構(gòu)件被錨固的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過該第一構(gòu)件的所述液化材料使該第 三構(gòu)件被錨固的步驟包括使該第三構(gòu)件熔接到該第一構(gòu)件上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，使所述液化材料流入孔和/ 或結(jié)構(gòu)和/或腔中的步驟包括在力和反力的聯(lián)合作用下使所述液化材料處于液靜壓下，由 此將所述液化材料壓入預(yù)先存在的孔和/或結(jié)構(gòu)中和/或使所述液化材料在液靜壓下滲入 該表面的非均質(zhì)部并由此產(chǎn)生由所述液化材料填充的孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述力和所述反力大小相 等，但方向相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，在該第三構(gòu)件中的所述力是 張力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述力限定出軸線并且沿該軸線限定出 前側(cè)和與之相反的后側(cè)，實施該方法的使用者或設(shè)備能從該前側(cè)接近該第三構(gòu)件，并且當 將該第三構(gòu)件的一個面壓靠在該第一構(gòu)件的后耦合面時對該第一構(gòu)件加載所述力，而通過 將該第二構(gòu)件壓靠在該第一構(gòu)件的前耦合面上對該第一構(gòu)件加載所述反力，
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，該第三構(gòu)件是單件的并且在錨固過 程后留在原位并被錨固在該結(jié)構(gòu)物體中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，該第三構(gòu)件包括由第一材料構(gòu)成的桿和 由不同于該第一材料的第二材料構(gòu)成的基部構(gòu)件，該方法包括如下步驟在所述液化材料在該 ？L和/或結(jié)構(gòu)和/或腔中流動時和/或在所述液化材料已流入該孔和/或結(jié)構(gòu)和/或腔以后， 將該桿與該基部構(gòu)件分開，該基部構(gòu)件在錨固過程后留在原位并被錨固在該結(jié)構(gòu)物體中。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項所述的方法，其特征在于，該第一構(gòu)件包括軸向通孔，該第三構(gòu)件包括桿，該方法包括在使該第三構(gòu)件振動的步驟之前將該桿穿過該軸向通 孔的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，該第二構(gòu)件是由套筒形成 的容座，該容座有容座嘴部和多個孔，該第一構(gòu)件放置在該容座中，以便可通過該容座嘴部 接近的該第三構(gòu)件接觸第一耦合面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第二構(gòu)件包括在該嘴部附近形成的 所述套筒的凸緣，其中施加所述反力的步驟包括使該凸緣壓靠該物體的正面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，使至少部分熱塑性材料液 化的該步驟包括在該第一構(gòu)件和該第三構(gòu)件之間的界面處開始液化過程。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，其特征在于，所述力和所述反力被施加 以使所述表面不承受機械載荷。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的方法，其特征在于，所述力和所述反力由自動 化機構(gòu)如彈簧機構(gòu)、液壓機構(gòu)或氣動機構(gòu)來施加。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的方法，其特征在于，使至少部分熱塑性材料液 化的該步驟包括在至少一個界面處液化至少部分熱塑性材料，所述至少一個界面是該第一 構(gòu)件和該第三構(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、和該第一構(gòu)件的部 分之間的界面中的至少一個。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的方法，其特征在于，在使至少部分熱塑性材料 液化的步驟中被液化的材料在被液化之前不與該結(jié)構(gòu)物體的任何表面接觸。
20.一種用于在結(jié)構(gòu)物體中制造錨固體的裝置，其優(yōu)選被設(shè)計用于實施根據(jù)權(quán)利要求 1至19中任一項所述的方法，該裝置包括-具有熱塑性材料并包括第一耦合面和第二耦合面的錨固件；-反向件，其包括反向件耦合面；-第三構(gòu)件，該第三構(gòu)件適合于耦合到機械振動發(fā)生裝置上并將該機械振動傳遞到該 第三構(gòu)件的耦合輸出面；該錨固件、反向件和第三構(gòu)件適合如此組裝-該第三構(gòu)件的該耦合輸出面抵接該第一耦合面；-該反向件耦合面抵接該第二耦合面；-通過對該第三構(gòu)件和該反向件分別加載大小相等但方向相反的力和反力，從而施加 壓縮力到該錨固件；-其中所述力和所述反力的方向是這樣的，即相對于由所述力和所述反力限定的軸線， 該錨固件的、在與該第三構(gòu)件相鄰的界面附近的橫向最外表面由熱塑性材料形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，還包括振動發(fā)生裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的裝置，其特征在于，所述錨固件由熱塑性材料構(gòu)成。
23.根據(jù)權(quán)利要求20至22中任一項所述的裝置，其特征在于，還包括用于同時施加所 述力和所述反力的自動化機構(gòu)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，該自動化機構(gòu)包括彈簧機構(gòu)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24中任一項所述的裝置，其特征在于，該錨固件包括多個最初 分開的或最初弱連接的部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種將錨固件(1)錨固在結(jié)構(gòu)物體(11)中的錨固方法，其中該物體的表面具有表面中的孔、表面中的結(jié)構(gòu)(例如底切突脊布置結(jié)構(gòu))、能實現(xiàn)表面被可能處于壓力的液體穿透并由此在表面下方被液體填充的非均質(zhì)特征、和腔中的至少一種。
文檔編號F16B13/00GK101909860SQ200880122876
公開日2010年12月8日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者J·邁耶, L·托里爾尼, M·埃施利曼, M·萊曼 申請人:伍德韋爾丁公司