CN106233002A - 连接件及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种将连接件(3)结合至第一物件(1)的方法，包括：提供具有第一开口(11)的第一物件(1)，该第一开口为通孔；提供该连接件，该连接件与所述第一物件分开且包括热塑性材料；将所述第一物件和连接件彼此相对布置，从而所述连接件从近侧进入所述第一物件；利用机械振动源(6)产生振动并将所述振动和机械压力施加至所述连接件，直到在所述振动和压力的作用下该热塑性材料的流动部分发生液化且沿径向侧向流动至敞开的空间；移除所述振动源并使液化的热塑性材料再固化；其中，在移除步骤后，该连接件包括脚部、头部(31)和位于所述脚部和所述头部之间的杆部(32)，所述杆部沿轴线延伸通过所述第一开口并由此将该连接件固定至所述第一物件。

Description

连接件及其使用方法
技术领域
本发明涉及机械工程和制造领域，尤其涉及机械制造如汽车工程、飞机制造、船舶制造、机器制造、玩具制造等。
背景技术
在汽车、航空和其它工业领域中已存在抛弃钢结构并使用诸如铝金属片材或镁金属片材或模铸件或碳纤维加强聚合物的趋势。
新材料在结合由这些材料制成的零部件方面遇到了新挑战，尤其在结合稍平的物件(如板或片)或结合稍平的物件与其它物件如将稍平的物件结合至另一物件或将连接件结合至稍平物件方面。
要连接不同材料的物件(例如包含钢、铝、镁、纤维加强聚合物)是尤其困难的。利用金属铆钉的传统铆接的缺点首先在于其中一些材料的电化学势存在相当于若干伏特电压的差异，因而会存在严重的电化学腐蚀。另外，涉及由纤维加强聚合物制成的扁平物件的连接的附加缺点在于这些材料的平面外弹性模量很低，且在铆钉头和铆钉脚之间的物件压缩所引起的摩擦力不足以维持连接的机械稳定性(本文中，铆钉进入以实现变形过程的一端处的加宽部被称为“头”，而相反的远端处的加宽部被称为“脚”。一些文章中，铆钉两端通常均被称为“头”)。
已有人提出使用在金属铆钉上使用漆以使金属铆钉同与之结合的物件电绝缘。但漆会随着时间推移逐渐剥落，尤其在受到因振动而引起的长期机械磨损的情况下，或者会发生溶解。
对于热塑性物件之间的连接，已提出使铆钉杆成形为待结合的其中一个物件的一部分，且在将该物件相对于另一物件定位后通过超声波形成铆钉头。然而，这种连接限于结合热塑性材料且不适合解决上述问题。
为了解决这些问题，汽车、航空和其它工业领域已开始广泛使用胶粘结合。胶粘结合可以很轻且有高强度，但缺点是不能长时间控制可靠性，因为基本不可能在不完全破坏结合的情况下检测例如由脆化的胶而造成的退化的胶粘结合。
发明内容
本发明的目的是将(机械)连接件结合至具有呈通孔形式的第一开口的物件，该方法克服了现有技术方法的缺点。
另外，本发明的另一目的是将连接件结合至具有对齐的开口的两个物件，该连接件于是将该两个物件结合在一起。
本发明的另一目的是提供一种通过机械连接件将两个物件结合起来的方法，该方法克服了现有技术方法的缺点，尤其适合将因腐蚀和其它问题而不能通过金属铆钉相结合的多个物件结合在一起。另一目的是提供用于执行该方法的设备。
根据本发明的第一方面，一种将连接件结合至第一物件的方法包括：
提供具有第一开口的第一物件，该第一开口为通孔；
提供该连接件，该连接件与所述第一物件分开且包括热塑性材料；
将所述第一物件和连接件彼此相对布置，从而使所述连接件从近侧进入所述第一开口；
利用机械振动源产生振动并将所述振动和机械压力施加至该连接件，直到在所述振动和压力的作用下该热塑性材料的流动部分发生液化且沿径向侧向流动至敞开的空间；和
移除所述振动源并使液化的热塑性材料再固化；
其中，在移除步骤后，所述连接件包括脚部、头部和位于所述脚部和头部之间的杆部，所述杆部沿轴线延伸穿过所述第一开口，从而将所述连接件固定至所述第一物件；
其中，所述流动部分形成所述脚部的或所述头部的或所述脚部和所述头部两者的至少一部分；和
其中，至少满足以下条件之一：
-该连接件除了热塑性材料外还包括由不可液化的或只能在显著高于该热塑性材料的温度下被液化的材料制成的主体；
-施加振动和压力的步骤包括通过连接件的近侧耦合输入面耦合振动且通过所述连接件将振动传输至该连接件的远端面。
在此，不可液化材料的主体与仅是大量颗粒的填充物不同，而是具有确定的位置和方向且具有例如连接件体积的至少10％的大致尺寸、和/或在任何维度上均有至少0.1mm的特征尺寸的宏观主体。尤其是该主体可以是金属的或陶瓷的。特别是，该主体例如可具有确定形状，因此增大连接件刚度。连接件通过主体被限定为至少两个在空间上分开的区域，即本体区域和热塑性区域。
该方法还包括提供具有开口的第二物件，其中，布置步骤包括将所述第一和第二物件与所述连接件彼此相对布置，从而所述第一开口和所述第二开口对准，且所述连接件从近侧穿过所述第一开口向远侧进入所述第二开口，并且在使液化的热塑性材料再固化的步骤后，第一和第二物件通过该连接件固定在一起。
根据第二方面，本发明还涉及一种结合第一物件和第二物件的方法，包括以下步骤：
提供具有第一开口的第一物件和具有第二开口的第二物件，至少该第一开口为通孔；
提供连接件，该连接件与所述第一物件和第二物件分开并且包括热塑性材料；
将所述第一和第二物件与所述连接件彼此相对布置，从而使所述第一开口和所述第二开口对准，并且所述连接件从近侧穿过所述第一开口向远侧进入所述第二开口；
利用机械振动源产生振动并将所述振动和机械压力施加至该连接件，直到在所述振动和压力的作用下该热塑性材料的流动部分发生液化且沿径向侧向流动至敞开的空间；和
移除所述振动源并使液化的热塑性材料再固化；
其中，在移除步骤后，所述连接件包括脚部、头部和位于所述脚部和头部之间的杆部，所述杆部沿轴线延伸穿过所述第一开口并穿过所述第二开口的至少一部分，从而将所述第一物件和所述第二物件固定在一起；
其中，所述流动部分形成所述脚部的或所述头部的或所述脚部和所述头部两者的至少一部分。
总体而言，根据本发明的各不同实施例，热塑性材料的流动部分是热塑性材料在加工过程中因机械振动作用而发生液化和流动的部分。在该方法的一些实施例中可使连接件的所有热塑性材料流动，就是说，流动部分是整个热塑性材料。在其它实施例中可以选择加工参数，尤其呈机械振动形式的能量被耦合入该装置的时间，以便并非所有热塑性材料发生液化。
所述头部和脚部的造型能保持连接件处于其相对于第一物件和第二物件(如适用)的位置。尤其是头部和脚部将连接件固定而使其不会轴向脱离，脚部通过抵靠第二物件的面向远侧的表面而使连接件无法移向近侧，而头部通过抵靠第一物件的面向近侧的表面而使连接件无法移向远侧。
在包括提供两个物件的方法实施例中，杆部被布置成穿过第一和第二物件的对准的开口横穿第一和第二物件之间的剪切面。如果第一和第二物件在开口附近不直接相互抵靠，则这意味着轴杆会穿过由第一物件的邻近开口的且朝向第二物件的表面所限定的平面及由第二物件的邻近开口的且朝向第一物件的表面所限定的平面二者。
由于这种布置形式，在这些实施例中该连接件实现铆钉功能。它能通过以下机制中的至少一个将第一和第二物件固定在一起：
-横穿物件之间的剪切面的杆部阻止剪切运动地固定这些物件，
-所述头部和脚部使第一和第二物件相互抵靠，
-根据所选材料的不同，通过头部和脚部固定在一起可产生一定应力，从而产生第一和第二物件的过盈配合，以进一步抵抗剪切运动，
-在一些实施例中，第一和第二开口以及杆部可具有非圆形横截面，因此该连接件还能够阻止转动。
对于第一和第二物件，可以满足以下条件中的一个或多个：
-第一和第二物件由不同的材料制成；
-第一和第二物件中的至少一个包括纤维加强复合材料。
第一物件和第二物件使用相同的材料也是可能的。总体来说，除了防止腐蚀，本发明方法的可能优点还包括：
-补偿公差；
-以小的力连接例如易变形和/或易损的第一和第二物件；
-减振；
-减重；
-材料性能和/或成本优化(如具有不可液化主体的连接件的密度和成本可与现有技术的销钉相当，但不存在现有技术的销钉缺点)；
-避免各向异性，等等。
作为将至少两个物件(第一和第二物件)固定在一起的补充或替代的方式，该连接件还可被用于至少另一个目的。
这种其它目的中的第一个是用作附接其它物件的锚固件。为此，由不可液化材料(本文中，除非另有说明，否则“不可液化”包括仅在显著高于热塑性材料的液化温度下液化)制成的主体可具有可从外触及的部分，例如螺纹杆或用作另一机械连接部的一部分的杆，或者带内螺纹的开口(螺母铆钉)或其它机械连接部等。
用于所述其它目的的一组实施例包括在具有开口的第一物件和第二物件之间形成脚部，第二物件在脚部形成步骤中作为配对件。
第二个这样的目的是相对于远侧密封近侧。例如，不可液化材料的主体可包括穿过至少第一物件的导线。
该连接件与第一物件和第二物件(如适用)之间的配合总体上可不通过焊接。与连接件形成接触的第一和第二物件的材料将不是热塑性材料或仅在显著高于连接件的热塑性材料液化温度的温度下液化的热塑性材料，从而其在加工过程中不会液化。
然而，可以提供被焊至连接件的其它热塑性件。尤其可以存在位于第一和第二物件之间的热塑性分隔层。这样的分隔层能作为一个或两个物件的涂层或替代或附加地作为分隔箔来设置。其另外的优点是限定第一和第二物件的电绝缘，例如在这些物件是可导电的不同材料情况下是很有利的。在这种情况下，以分隔层被焊接至连接件的热塑性材料的方式实施该方法是有利的。例如，焊接可以是绕连接件的整个外周连，续的从而形成完整密封。这可以很好地保护例如因连接件遇到盐水而造成的腐蚀。
除了这种密封之外或作为这种密封的替代，可以执行该方法以提供在第一和第二物件(或至少其中一个)的周向壁与该连接件的热塑性材料之间的密封。为此，加工过程可通过连接件的热塑性材料不仅被液化以形成脚部和/或头部而且涂覆所述周向壁的方式执行，从而形成紧密接触且填充第一和/或第二物件的可能的不规则结构或者第一和第二物件之间空隙。在第二方式中，形成保护连接不受腐蚀或其它影响的密封。尽管不必使壁的所有区域均通过该步骤涂覆，但为了通过密封实现该功能，通常需要周向壁至少沿整个周边被涂覆。
通常，在热塑性材料液化步骤中可使液化达到使液化材料失去其液化前形状记忆的程度，就是说，达到超出仅被塑化的程度。
在实施例的第一部分中，在产生振动步骤中，振动在近侧被产生且被传输向远侧，其中流动部分形成脚部的至少一部分，换句话说，在第一物件侧或“前侧”产生的振动在第二物件侧或“后侧”形成脚部或辅助形成脚部。
为此，可以预形成该头部，即设置呈处于在相对于第一和第二物件布置连接件之前的其初始形状的连接件特征。或者，可以通过在将连接件相对于第一物件和(如适用)第二物件布置后使连接件变形而形成头部。根据该替代方式，该方法尤其可包括两个阶段的过程。为此，首先，连接件的远端被变形成脚部且使位于近端处的热塑性材料流动直到形成头部。
在“向前的”的构型中，机械振动可从位于近侧的耦合输入面被耦合入该连接件，耦合至振动源的超声波焊头的面向远侧的表面被推压抵靠于该耦合输入面。因此，机械振动主要通过连接件本身来传递。
在“向后的”构型中，被用于施加振动至连接件热塑性材料的超声波焊头承受拉力作用。为此，超声波焊头可包括经过或通过热塑性连接件材料的轴杆，其中，远侧的面向近侧的耦合输出面与连接件热塑性材料的面向远侧的远侧耦合输入面接触。在施加振动步骤后，该超声波焊头可以被移除或者替代地用作连接件(非热塑性)的部分。
在第一和第二物件相互连接的第一类实施例的第一组实施例中，第二开口是通孔。敞开的空间是位于第二物件远侧的空间和/或包括第二开口的加宽部，该加宽部限定底切。
在第二类实施例中，该连接件设有从远侧被***的预制脚部，且驱使振动以形成头部。这样，在超声波焊头和热塑性材料之间在连接件的近端面处直接接触的情况下造成液化。
在第一和第二物件相互连接的第二类实施例中，第一和第二开口均是开口。
在融合了第一类和第二类的方面和特征的第三类实施例中，例如同时从两侧施加振动。在这些实施例中，第二开口(如果有)是通孔。
该连接件的一侧(通常为远侧)或两侧能通入开口，并可通过施加振动而变形成最终的脚部/头部形状，该头部和脚部形状分别至少沿一个径向延伸至开口外。为此，相应的(远侧/近侧)超声波焊头或相应的配对件(第一和第三类实施例)可以设有限定头部/脚部的形状的模具特征。
在另一部分实施例中，超声波焊头的或者配对件的所选的模具特征例如可以是缺口表面部分，在其附近具有在加工过程中抵靠第一/第二物件表面的止挡面。
在一组特殊实施例中，不是超声波发生和/或配对件具有模具特征，而是第一物件和/或第二物件(如适用)可包括在开口附近具有缺口的外表面。尤其是，这样的缺口可以围绕开口的外边缘(嘴部)。通过该方式，如果超声波焊头和/或配对件分别具有平面，那么在加工过程后该连接件可以与各自物件的外表面齐平。对于预制头部(或脚部)且所形成的头部和脚部包含流动部分的热塑性材料流来说，可能就是这种情况。
在自动执行该方法的实施例中，振动例如可通过由机械臂引导的振动产生工具来施加。替代地或补充地，在两侧施加振动的工具可布置在夹具类的装置中。
在所有部分的实施例和实施例的组合中可实现以下一个或多个选择：
根据第一选项，该连接件具有流动区和非流动区，在流动区中通过机械振动作用使具有热塑性特性的材料液化，而在非流动区中，材料不发生液化。流动区和非流动区至少部分相互平行，做法是它们在由近及远的方向并排延伸，就是说，存在沿由近及远的轴线延伸的区域，在该区域中，垂直于由近及远的轴线的横截面包括流动区的部分和非流动区的部分。该区域例如可沿杆部的整个长度延伸，或者可沿至少第一开口的整个长度或至少沿第二开口的整个长度或者第二开口的小直径部分延伸。
该流动区尤其可在垂直于由近及远的轴线的横截面中围绕非流动区，由此遮挡非流动区而与第一和第二物件的至少其中一个隔开，从而在非流动区与第一或第二物件或者第一和第二物件两者之间不存在直接接触。
根据第一子选项，非流动区包括上述不可液化的或只能在显著高于热塑性材料液化温度的温度下液化的材料的主体。例如该主体可以是金属材料或陶瓷材料，或者热塑性材料，或者能在更高温度下液化的热塑性材料，在两种情况下均可通过诸如碳纤维的适当填料被加强。
该主体可以是芯。该芯可以至少在轴杆区中被热塑性材料或其它电绝缘材料围绕。
这种芯例如可具有以下特性中的至少一个：
该芯可以在外表面尤其是大致平行于由近及远的轴线延伸的表面部分上具有至少一个锁合特征如孔、缺口、突出部、起皱部、螺纹等。这样的锁合特征可以最初嵌入热塑性材料中(即当提供连接件时)，或者在加工过程中通过热塑性材料的可流动部分嵌入热塑性材料中，因此穿入该锁合特征。被穿入的锁合特征将芯稳固在连接件中。
芯可包括近侧和/或远侧引导缺口，该缺口与工具或配对件(如模具部)的相应突出部配合，从而在加工过程中使芯的方向和侧向位置稳定。
芯可具有对应于第一物件的在第一开口周围区域的厚度(如果连接件仅被紧固至第一物件)的轴向延伸尺寸，或对应于第一和第二物件的累积厚度(如果连接件被紧固至相互固定的第一和第二物件)的轴向延伸尺寸。
作为芯的替代，这样的主体可以是鞘件，它具有朝向近侧的纵向开口并具有至少一个侧向出口，纵向开口中的内腔通过该至少一个侧向出口与鞘件周面连通。热塑性材料可设置成纵向开口的热塑性填料或可设置成能从近侧被***纵向开口的单独热塑性元件。用于施加振动的超声波焊头可被成形为能被压到热塑性材料的近端面且具有能被***纵向开口的远端部分以将热塑性材料进一步压入纵向开口且压出侧向开口(出口)。
在另一实施例中，该主体可具有包括具有预成形的头部和脚部等的形状的任何适当形状。
根据第一子选项的一组实施例，该方法可包括在布置步骤后施加振动以使连接件热塑性材料液化的步骤过程之中和/或之前使主体的一部分变形的步骤。变形步骤可以包括膨胀，即向外变形。尤其是，在原位置的变形部分在连接件从近侧进入的情况下包括位于杆部远侧且属于脚部的远侧加宽部，和/或在连接件从远侧进入情况下包括位于杆部近侧且属于头部的远侧加宽部。通过这种方式，该主体可有助于连接件的夹紧作用。伸展特征可以沿至少一个径向延伸至杆部横截面之外。
可机械变形的连接件、尤其是塑性变形的金属铆钉是在本领域中是早就已知的。这组实施例中的实施例与本发明的所有其它实施例相似地包括不可液化材料的主体，但具有现有技术所不具备的优点。由于例如是金属的(或陶瓷或硬塑料或玻璃等)主体与使热塑性材料液化且使其再固化的方法相结合，可利用不可液化材料的材料性能优点如较高的抗剪切力、高延展性或者根据具体应用的诸如导电性的其它特性等。
然而，由于“冻结”流动的热塑性材料的方法，使连接件形状适应于处于松弛状态的不受任何复原力作用的物件。这与例如金属铆钉形成对比，在例如使用金属铆钉的情况下，在任何存在弹性部分的变形中，一旦变形力终止，变形部分(铆钉部分)将趋于克服压力而从物件离开(回弹作用)的轻微运动。在金属铆钉与金属物件的连接中，这通过将变形的铆钉部分过压至与其连接的金属实现，因此在铆钉和/或片材中造成进一步连接和较大的残余应力。但这不是例如非金属物件的选项。由于根据本发明的实施例的方法，该问题被解决，并且物件和连接件之间的紧密连接可以与物件材料性能无关地形成。通过连接件的金属主体的任何再生成的力可以仅作用于连接件内部，而不会对连接件产生影响。
尤其是，在实施例中，伸展特征可包括多个可向外弯曲的臂等。
根据第二子选项，非流动区是(由于具有纤维加强的)热塑性材料，但可以选择加工参数，以使材料在非流动区不发生液化。为此，例如连接件的周缘可以与开口的周向壁相接触，且机械振动可以造成周缘和周缘向壁之间的摩擦，该摩擦使材料液化。然后，在连接件在内部即非流动区内液化前，该加工过程停止。
在该第二子选项中，尤其处于非流动区中的连接件可以由具有定向的纤维加强、尤其具有轴向定向纤维的纤维加强材料制成。
尤其根据第二选择(但并非仅第二选择)，连接件的热塑性材料可以以与周向壁形成密封的方式流动，也就是说，在液化过程之后，在第一和/或第二开口的至少周向壁的区域和连接件之间不存在剩余的空间。
根据另一组实施例，热塑性材料的液化包括两个阶段的过程。在这些实施例中，该连接件包括形成第一和第二热塑性材料部分的两种热塑性材料。该连接件如此构造，在将振动和机械压力被施加至连接件的步骤之后，首先第一热塑性材料部分被激活并开始液化(本文中，液化是指将粘性降低至材料通过施加的压力至少塑性变形的程度的状态的改变)。由于在加工过程中产生变形，第二热塑性材料部分与(例如物件或配对件的)非振动部分形成接触且开始液化，其中第一热塑性材料部分可布置成限定第二热塑性材料流动。尤其是，第二热塑性材料部分可以更柔软和/或具有低于第一热塑性材料部分的玻璃转换温度，并且可以用作密封或者甚至在低温下保持弹性的连接件部分。另外，第二热塑性材料可以包括反应组份，其能形成与相接触的物件的胶粘结合或粘附结合。
另一组实施例中，第一热塑性材料部分尤其可形成周向凸缘，当与第一和/或(如适用)第二物件的端面形成接触时，周向凸缘形成用于第二热塑性材料部分的流动限定部。
用于第一和第二热塑性材料部分的两种热塑性材料的第一例子是具有较高的玻璃转换温度的热塑性材料，例如与热熔性胶粘剂结合的PEEK或ABS。第二实例是与弹性体尤其是热塑性弹性体结合的热塑性材料。
在另一组实施例中的实施例(同样适用于下文所述具有两种热塑性材料的)中，第一热塑性材料具有提供连接的结构/机械稳定性的目的(可能在适合的情况下与不可液化主体一起)，而第二热塑性材料可以具有密封和/或减振的功能。
在A组实施例中，在给定的液化温度下的熔融粘度是不同的。例如第一热塑性材料的粘度可比第二热塑性材料的粘度高至少10个数量级，或至少高100个数量级。一个例子为：第一热塑性材料可具有大约30％或高于30％(重量百分比)的填料，热流具有玻璃纤维加强的ABS，而第二热塑性材料不具有填料(如天然ABS)。另一例子为：第一热塑性材料可以是高透明度的HDPE或UHMWPE，而第二热塑性材料可以是低透明度的LDPE。再一个例子为：第一热塑性材料可以是PEEK，第二热塑性材料可以是聚碳酸酯。
A、B、C在B组实施例中，弹性模量之间有较大不同。例如第一热塑性材料的弹性模量(杨氏弹性模量)可以是至少0.5GPa，而第一热塑性材料的弹性模量最多为0.05GPa。例如第一热塑性材料可以是聚碳酸酯或PET或ABS或聚酰胺(PA6,66,11,12)，第二热塑性材料可以是聚氨酯弹性体(弹性体减振特性是重要的)。
在C组实施例中，分子量可有很大不同。例如，第一热塑性材料的分子量可比第二热塑性材料的分子量大至少10个数量级或至少100个数量级(例如相同组份)。例子包括聚乙烯、聚丙烯。
组实施例的特征可以结合，使得配用的材料具有组A和B、组A和C、或组B和C、或A、B、C组的特征。
本发明还涉及用于上述方法实施例中的连接件，该连接件包括热塑性材料和不可液化的或只能在显著高于热塑性材料液化温度的温度被液化的材料的主体，所述连接件在头端和脚端之间沿纵轴线延伸，所述主体包括为头端部部分和/或脚端部部分的可变形部分，并且能通过在作用于连接件端面的压力和机械振动的作用下相对于轴线向外弯曲而变形，其中该热塑性材料被布置成在通过压力和机械振动变形之后至少部分包围所述可变形部分。
最初，热塑性材料可以至少部分嵌入主体中。
另外，该热塑性材料可布置成通过变得可流动且再凝固而至少部分包围在压力和机械振动的作用下变形后的可变形部分。
该连接件可以是在本文所述的实施例中使用的连接件，并且本文参见本发明各不同实施例(包括不具有可变形主体部分的实施例)所描述的连接件的特性也是连接件的可选特征，包括圆形或非圆形的锁合特征和流动导向特征等。
本发明还涉及用于上述方法实施例的连接件，该连接件包括形成第一热塑性材料部分和形成第二热塑性材料部分的两种热塑性材料，其中，第二热塑性材料比第一热塑性材料软，和/或第二热塑性材料的玻璃转换温度低于第一热塑性材料的玻璃转换温度，和/或第二热塑性材料包括能形成同与之接触的所述物件的胶粘结合或粘附结合的反应组份，其中第二热塑性材料部分形成连接件的表面的一部分。
例如第二热塑性材料部分可形成围绕连接件轴线(在组装状态下平行于通孔的轴线的由近及远的轴线)的套环部。尤其是该连接件可具有沿该轴线延伸的杆部，第二热塑性材料可形成围绕该杆部的套环部。
在实施例中，该连接件还包括第一热塑性材料的向远侧突出的外凸缘，所述外凸缘至少部分包围第二热塑性材料部分。
第一热塑性材料部分由此被布置成限制第二热塑性材料部分的流动。
在实施例中，该连接件还包括不可液化材料的主体，尤其是芯。
总体上，本文所述的各实施例可包括具有不可液化主体的热塑性材料(可选地还包括第二热塑性材料)，其中该主体可包括下述中的至少一个：
位于侧表面上的至少一个锁合特征如缺口、起皱部、孔等，该锁合特征与热塑性材料的主体配合，使所述主体的相对位置稳定在嵌入的热塑性材料中。该锁合特征可在最初(即当提供连接件时)嵌入热塑性材料中，或者在加工过程中通过热塑性材料的可流动的且因而能渗透锁合特征的部分而嵌入热塑性材料中；
与超声波焊头或模具部的各自引导突出部或引导缺口相配合的近侧引导缺口和/或远侧引导缺口或突出部，以在使热塑性材料的至少一部分液化的过程中限定所述主体的位置。
在本发明的方法和/或连接件的所有类型和分组的实施例中，连接件和/或(如适用)连接件主体(芯、鞘等)和/或开口可关于轴线是旋转对称的，在主体呈鞘形式的情况下，不算出口。或者，连接件和/或(如适用)主体和/或多个开口或其中一个开口可具有非旋转对称形状。通过该方式，除了将连接件固定而无法进行切向运动和轴向相对运动的情况下，该连接件还可被固定从而无法进行相对转动。
在所述实施例中，该连接件可以不是管状的，而是实心的。或者，该连接件也可以是管状的，即包括轴向通孔。在具体应用中，轴向通孔可用作导孔或通风孔等。
在所述实施例中，该方法可通过用于自动结合的设备实施。尤其可将机械振动源设置成通过例如机械臂被引导。
另外，设备可包括用于将连接件自动放置在对准的开口中的装置。例如，机械臂或保持振动源的工具可设有连接件自动进给部。例如，进给部可包括用于连接件的储库和用于将连接件一个接一个进给至布置位置的分离的进给单元。
因此，本发明还涉及具有被构造成自动执行如权利要求所限定的方法的装置的设备。
适合根据本发明的各个方面的方法和装置的机械振动或振荡优选具有2千赫至200千赫之间(更优选在10千赫至100千赫之间、对于远端处或达到远端的情况优选15千赫至30千赫、对于近端处(头部形成)的情况优选15千赫至70千赫)频率和每平方毫米作用表面0.2W至20W的振动能量。振动如超声波装置、如已知的超声波焊接产生。振动元件(如超声波焊头的工具)例如被设计为其接触面主要在元件轴线方向上振荡(纵向振动)并具有1微米至100微米之间的振幅，优选约10微米至30微米的振幅。也可以使用旋转振荡或径向振荡。
热塑性材料通过机械振动液化的事实所带来的优点是能使加工过程非常快。试验表明在上述条件下短至约1秒甚至0.5秒就够了。
如前所述，方法的实施例包括将机械振动从超声波焊头和连接件之间的近侧接触面通过连接件传至远侧部分。另外的或与之相比的实施例包括在近侧界面或接近近侧界面的位置产生液化。如果振动要被传递至远端，那么至少在很多情况下的最初阶段应避免在与超声波焊头的界面处发生液化(头部熔化)。为此，可生成超声波焊头的通常的振荡***和连接件。这通过较强的机械耦合(例如通过强压力)和/或振动的相对长的波长、即相对低的频率实现。尤其是，对于本文所述类型的连接件的特征尺寸(如对应于50平方毫米至120平方毫米的耦合面积的长度介于0.3厘米至20厘米之间、直径通常介于8毫米至12毫米之间的连接件)，将超声波焊头压至连接件的压力可以选择为100牛顿至800牛顿、尤其200牛顿至500牛顿且频率为约15千赫至30千赫。对于在界面处的液化(头部熔化)，压力可降低至约小于100牛顿。另外，根据振动生成设备，可以增大频率。
通常，这些参数取决于几何结构。对于给定的几何结构，了解本发明的教导和上述一般规则的技术人员可通过试验发现运行参数(压力-时间曲线、频率)。
液化的开始还可以进一步通过成通过超声波焊接已知的能量定向器形式的几何结构控制。能量定向器(或能量集中结构)可具有热塑性材料的或者是与热塑性材料形成接触的表面的肋部或驼峰等的形状。通常，能量定向器的形状构造成在液化开始发生的界面处形成相对小的界面面积，以将振动能集中至该较小的面积，使得每单位面积具有更高的能量吸收以产生更强的加热。一旦在这些位置处的温度高于玻璃转换温度，将产生增强的内摩擦，这将进一步促使能量吸收和液化。
可使用其它参数控制在初始温度下发生液化的位置。由于内摩擦仅在局部温度高于玻璃转换温度的情况下变得更高，液化步骤的效率(像现有技术的超声波焊接)仅在该温度在一些位置处达到的情况下得以提高。在此之前，(使材料局部高于玻璃转换温度所需的)能量吸收的效率相对较低。该事实可用于施加进一步控制。尤其是，该方法可包括使通过直接或间接的局部加热使热塑性材料的一部分高于玻璃转换温度，而热塑性材料的其它部分保持低于玻璃转换温度的步骤。
在这种情况下，直接加热可例如在布置步骤之前或(如果几何构造允许)之后通过直接辐射如激光(如红外线或红光)辐射期望的位置实现。
间接加热例如可通过对物件的与连接件形成接触的区域例如通过对开口周围的第二物件进行局部加热来实现。
加热步骤至少在施加振动步骤之前或其过程中执行。这意味着例如加热步骤可在施加振动步骤前开始且在施加振动时持续一段时间。
文中的表述“例如在机械振动作用下可流动的热塑性材料”或者简称为“可液化热塑性材料”或“可液化材料”或“热塑性”可用于描述包括至少一种热塑性组份的材料，该材料在被加热、尤其当通过摩擦加热、即被布置在一对相互接触并且彼此振动地或旋转地运动的表面中的其中一个表面处时变成(可流动的)液态，其中，振动频率具有上述特性。在一些实施例中，材料具有高于0.5GPa的弹性系数尤其在使用不可液化主体的情况下是有利的。
对于连接件的热塑性材料，可以满足至少以下三个条件中的一个：
玻璃转换温度高于室温，使得在室温下热塑性材料处于低于玻璃转换温度的环境。进一步，玻璃转换温度可被选择为高于预期使用的温度。
热塑性材料是高度透明的。
热塑性材料本身是纤维加强的。
以上任何组合均是可能的。
热塑性材料是汽车和航空工业中已知的。为了本发明方法的目的，尤其涉及用于上述工业应用的热塑性材料。
具体的材料实施例包括：聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺、聚酰胺如聚酰胺12、聚酰胺11、聚酰胺6或聚酰胺66、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛或聚碳酸酯聚氨酯、聚碳酸酯或聚酯碳酸酯、或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、或者丙烯醛酯-苯乙烯-丙烯腈(ASA)、苯乙烯丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯，或者上述材料的共聚物或混合物。
除了热塑性聚合物，热塑性材料还可以包括适合的填料例如加强纤维如玻璃纤维和/或碳纤维。填料可以是短纤维。长纤维或连续纤维也可尤其用于非流动部分。
纤维材料(如果有)可以是已知用于纤维加强的任何材料，尤其是碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、陶瓷纤维如莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、高强度聚乙烯(迪尼玛)等。
不具有纤维形状的其它填料也是可能的，例如粉末颗粒。
本文中，词语“近侧”和“远侧”用于指代方向和位置，即“近侧”是操作者或机械施加机械振动的连接的一侧，而远侧是相反侧。本文中的连接件的近侧加宽部被称为“头部”，而远侧加宽部是“脚部”。对于具有或没有预形成的要从近侧被***对准开口的头部的连接件，远端是指在一些情况下被称为“尾端”的远端。
附图说明
以下将参考附图来描述执行本发明和实施例的方法。附图是示意性的。在附图中，相同的附图标记指代相同的或相似的零部件，其中：
图1a示出执行根据本发明的连接过程的布置形式；
图1b示出该过程之后的布置形式；
图2a示出用于执行本发明连接过程的替代布置形式；
图2b示出该过程后的图2a的布置形式；
图3a示出其它布置形式的元件；
图3b示出该过程后的图3a的布置形式；
图4a示出另一布置形式；
图4b示出该过程后的图4a的布置形式；
图5a示出又一布置形式的元件；
图5b示出该过程后的图5a的布置形式；
图6a示出另一布置形式的元件；
图6b示出该过程后的图6a的布置形式；
图7示出另一可能布置形式的细节；
图8a和图8b示出在过程期间和过程之后的另一布置形式的元件；
图9和图10示出杆部的横截面；
图11和图12示出不同的开口的形状；
图13示出杆部的另一横截面；
图14是压力时间曲线图；
图15是密封效果示意图；
图16a、图16b、图17a和图17b是在过程之前和之后的布置形式；
图18a至图18c详细示出本发明方法的另一实施例；
图19示出图18a至图18c的实施例的可能应用；
图20示出用于执行本发明的连接过程的另一布置形式；
图21示出用于执行本发明的过程的又一布置形式；
图22示出具有包括两种不同热塑性材料的连接件的布置形式；
图23示出图22的布置形式的变型；
图24示出在本发明的过程中的两个步骤；
图25示出根据本发明的具有双脚形连接件的过程的变型；
图26a和图26b示出在过程开始时和之后的利用带内螺纹的连接件的实施例；
图27a和图27b示出在过程开始时和之后的利用带外螺纹的连接件的实施例；
图28示出用作导孔的连接件的实施例；
图29示出又一实施例；
图30a和图30b示出两个超声波焊头被用于分别形成头部和脚部的实施例。
具体实施方式
图1a示出本发明实施例的基本组成格局。第一物件1是例如金属的或纤维加强复合材料的板或片。它具有呈垂直于板平面的通孔形式的第一开口11。
第二物件2例如由不同于第一物件1的材料制成(例如可以是模铸金属如模铸镁或铝)，或者也可由纤维加强复合材料制成，例如泡沫填充型碳纤维加强夹层件。第二物件具有第二开口12，该第二开口在所示构造中为盲孔。该盲孔通过具有远端加宽部分而构成底切13。由于远端加宽，形成一肩部14。
在所示构造中存在由热塑材料制成的可选的分隔层/绝缘层8。更尤其是，分隔层8可以是与复合材料中的热塑性材料相同的热塑性材料，或可以是不同材料，这种不同的材料可以可选地焊接至连接件的热塑性材料。
连接件3基本呈具有近侧头部31、杆部32和朝向近侧敞开的引导开口33的销状。该连接件由例如金属芯5和至少布置在远端部且侧向包围芯5的热塑性材料4构成。
超声波焊头6具有与连接件的近端面、尤其是与头部33的近端面的形状或期望形状相匹配的远端面。它具有对应于连接件的引导开口33的引导突出部(销)61。引导突出部61和引导开口33的尺寸可被设定成在超声波焊头和连接件之间形成摩擦配合，即，连接件可插套在超声波焊头6上。与所示的示例性构造不同，引导开口可以可选地比引导突出部61的长度更深以允许在引导突出部61和芯5之间形成一定距离，尤其在头部的热塑性材料要在加工过程中变形的情况下。
图1a还示出对应于开口轴线的轴线20，其通常垂直于第一和第二物件的表面。在图1a的以及随后所述的构型中(除非另有说明)，所述开口和连接件及可能还有超声波焊头关于轴线可以是转动对称的。但也不一定就是如此。本文所述的方法还适合关于轴线并非旋转对称的构造。
在将连接件定位在开口11、12中且使用超声波焊头将连接件3压至第二开口12的底面并且同时将能量耦合至连接件的过程后，将会使得连接件的热塑性材料4侧向流动且基本填满第二开口的切口13的至少部分，以形成脚部41。因此，在热塑性材料再凝固之后连接件被固定从而无法被拔出。同时，热塑性材料4已被焊接至分隔层8(如果需要)。图1b中的虚线21表示已发生焊接的区域。
最初布置在连接件远端的热塑性材料量与第二开口体积相匹配，从而第二开口体积被全填满。因此与图1a所示的连接件3相比，远端可含有更长的即沿轴向进一步延伸的热塑性材料。
图1b示出所形成的构造。芯5如此安置，其至少部分横穿第一物件和第二物件之间的剪切面。在图1a和图1b所示的在第一和第二物件之间存在分隔层8的构型中，这意味着芯横穿分隔层体积且横穿由第一物件的面向第二物件的表面限定的平面及由第二物件面向第一物件的表面限定的平面。
图2a和图2b所示的实施例与图1a和图1b所示的实施例的区别在于，第二开口12的直径小于第一开口11的直径。另外，尤其为了应对这种情况，连接件3具有面向远端的肩部35。肩部35具有加强在连接件的热塑性材料4和可能的分隔层8之间焊接的附加效果。当然，也可以设置直径相同的第一开口和第二开口。
在设有分隔层的所有实施例中的分隔层8不必具有通孔。在加工过程中该分隔层可被局部液化，因此在加工过程中通过连接件被穿孔。
图3a和图3b所示的实施例与之前附图所示的实施例的不同之处在于：
第二物件2在被连接至第一物件的区域中是平的，尤其呈板状或片状。第二开口12是通孔。在将振动耦合入连接件2的过程中设置配对件7，通过配对件，与由超声波焊头施加的机械压力相反的反作用力被施加于连接件。配对件7形成模具部71，当抵靠面部分72保持贴靠第二物件的远侧表面时，模具部71形成型腔。该模具部具有与脚部41的期望形状相对应的复制品形状。
在第一物件1和第二物件2之间没有分隔层，而是两个物件直接抵靠。
在所示构型中，所述头部和脚部的向外表面都是平的，且超声波焊头不具有任何引导突出部。
对齐的第一和第二开口的直径是相等的。
所有这三个特征是彼此独立的并且能够单独或以任何组合方式来实现。例如在具有第二盲孔的实施例中，分隔层是可选的且可被移除，可以在第二开口是通孔的实施例中提供在之前附图中示出类型的分隔层。另外，可以为超声波焊头表面和/或在图3a至图3b中的无分隔层的构型中的模具部71增加引导特征或导向特征。
在包括配对件7的所有实施例中，可作为同样在加工过程中进行振动的其它超声波焊头来提供配对件以替代抵靠物件的被动件。这样的超声波焊头可以包括具有复制品形状的模具部。
在本发明的所有实施例中可以预见到尤其在施加振动之前和/或在施加振动初始步骤中将热塑性材料局部加热到高于玻璃转换温度的温度的附加步骤。加热可根据第一选项直接完成。例如连接件的远端可通过能较好被连接件的热塑性材料4吸收的频率的激光辐射被照射。
根据第二选项，加热可间接通过加热与热塑性材料相接触的构件完成。例如在像图3a的构型中，第二物件或两个物件可以沿开口被局部或全部加热。补充地或替代地，配对件7可被局部(沿模具部)或全部加热。为此，加热可通过任何传统方法执行，如电阻加热、感应、辐射等。
图4a和图4b示出第二开口12是通孔的另一实施例。连接件3与图2a和图2b所示的连接件相似地形成。因此，超声波焊头6具有引导突出部31。
在第一物件和第二物件之间设有例如热塑性材料的分隔层8。
模具部71具有呈中央尖头形凸起75形式的能量定向特征和/或流动引导特征。该特征可以具有辅助液化过程开始的功能(能量定向功能)。尤其是该特征不是尖头状的，而是例如脊状的，其可以在加工过程中附加引导液化材料流动。
图5a和图5b的实施例对芯5的设计的不同之处在于此时所述芯可以是由延展性金属如钢构成的。
首先，芯5具有针对轴向力提供额外稳定性的近侧加宽部分(或头部特征)51。近侧加宽部分的横截面可至少在一定的径向上大于第一开口的横截面，从而在沿轴线的投影中所述芯至少与第一物件重叠。
其次，该芯设有多个远侧舌部53。在初始状态(图5a)，舌部可沿轴向取向或稍微沿径向外伸，如图5a所示。这些舌部的延展性足够高，从而在施加于超声波焊头(图5a未示出)与配对件7之间的压力作用下这些舌部变形以在加工过程后更加外伸，如图5b所示。为此，芯的变形与传统的管形铆钉的变形相似，在此，使无头端部(鹿尾)变形展开。但与传统铆钉相比，(通过配对件的形状控制的)芯5的向外变形部分不会被压到第二物件2表面上，而是保持与第二物件2表面有一定距离，从而热塑性材料遮挡芯5而不接触第二物件。
作为具有多个舌部53的替代方式，芯5可以包括与管状铆钉相似的管状远端，在这种情况下变形力稍微大些。
在图5b中，舌部如图所示在加工过程后在其所有侧均被热塑性材料覆盖。但这不是必须的。芯可以在外侧是暴露的。
头部特征和远端变形方式可以单独实现或组合实现。
在图6a和图6b所示的实施例中，超声波焊头6的造型允许穿过开口进入，从而超声波焊头6和热塑性材料之间的接触面位于远侧面。因此，在该实施例中，机械振动不像在之前的实施例中那样通过连接件传递至远侧，而是通过超声波焊头自身传递至远侧。形成机械压力的力作为拉力而不是作为推力被耦合入超声波焊头，且超声波焊头的接触面朝向近侧(向后)。与此相比，配对件7被保持从近侧(从进入的位置侧)抵靠连接件。
在本实施例中，可以使热塑性材料4在超声波焊头接触面和热塑性材料之间的界面处液化。
在图6a和图6b所示的实施例中，超声波焊头有双重功能。它首先用于将机械振动施加至连接件的热塑性材料。另外，它用作芯5。包括面向后侧的耦合输出面的连接超声波焊头的足部在加工过程后也用作连接件的脚部特征55。
为了耦联至振动源(未示出)，超声波焊头可以包括耦合特征66，其可选地在液化过程之后被除去。或者，这样的耦合特征可以保持原状或变形并且变成连接件的一部分。
图6b示出可选的头部夹体80例如可通过机械连接或通过焊接或通过粘结被结合至芯5的杆52。
图7示例性示出在初始状态下芯和热塑性材料不必为整体的可能性。相反，热塑性材料可作为单独热塑性部分来设置。替代地或附加地，热塑性材料可选地作为多个单独部分4.1、4.2、4.3和4.4来设置。这些部分可在加工过程中被焊接在一起。虚线21举例示出发生焊接的一个区域。
尽管针对“向后的”构型示出了图7中的单独热塑性材料或部分的可能方式，但这种可能方式总体是存在的且也针对其它构型存在。
在图8a和图8b的实施例中，与图5a和5b的实施例相似，芯5的远端可变形且例如包括多个舌部53。相似地，芯的近端也能变形并具有多个舌部53。
在杆52和舌部53之间可存在用作预定变形点的收缩部59。在所示实施例中，主体5还具有粗化结构58用于在热塑性材料已发生流动后与热塑性材料形成紧密连接。
舌部53可以最初被定向成至少近似平行于轴线，从而该主体适合穿过第一和第二开口。
热塑性材料4以热塑性套筒形式提供。该连接件的主体5最初可以与其热塑性套筒分离，或者套筒可以被附接至主体。
第一超声波焊头6.1和第二超声波焊头6.2被用于结合过程。根据第一变型，超声波焊头最初被相互压紧，从而使舌部向外弯曲，如图8a所示，但没有施加任何振动。然后，在弯曲的最后阶段和/或此后，振动开始。在此过程中的振动至少部分地通过主体即通过臂被施加至热塑性材料。
根据第二变型，振动可以在初始阶段已发生。然后，根据上述可选概念，振动可造成主体材料一定程度发热，这将用于局部预热该热塑性材料4的待液化部分。
图8b示出该加工过程后的构造。
尽管参考图8a和图8b已根据包括两个超声波焊头在两侧施加振动的实施例描述了在通过振动进行预热或不通过振动进行预热的情况下使用超声波焊头(如与主体直接接触)使主体变形的概念，但并非一定如此。此概念也可被用于与另一侧的配对件组合地仅使用一个超声波焊头。为此，配对件可被保持抵靠连接件，或者可本身用于使主体局部变形。
图8a和图8b的实施例也是其连接件处于具有轴向通孔的最终状态的例子。这可以是由于加工过程(如更易变形)的原因和/或是所期望的，因为轴向开口有一定功能，如允许空气和湿气等交换和/或使重量最小化。
此后，将简单讨论设置非旋转对称形状的开口和连接件的可能性。通过这种方式，连接被进一步稳固而无法转动。
图9示出连接件扁平状(在杆区)的横截面，图10的连接件呈星状(如类似于“梅花”状)。
图11示出第一开口11总体是圆柱形但具有径向外伸的凸耳110的布置形式。该连接件的杆部和第二开口具有大致相同的横截面。但也可以仅使连接件的远端具有相应横截面且使连接件发生扭曲运动，例如在图11的构型中扭曲90°，以获得阻止轴向力的附加固定。
图12示出开口11的其它形状，即具有圆角的扁平形状、四凸耳形状和总体圆形的波纹形状(其可以被视为多凸耳形状)。
根据图13所示(例如总体圆形的波纹形状)，硬芯5的相对尺寸和覆盖芯的外周的热塑性材料4对转动稳定性产生影响。在一些实施例中，热塑性材料的特征尺寸(厚度d)可被选择为满足0.5<d/D<0.1，特别是0.1<d/D<0.3，其中，D是芯的特征径向尺寸，在此为其横截面的半径。尽管图13示出用于连接件的特定横截面形状的该特征，然而该教导也能很好地适用于其它形状。
在一组实施例中，可以附加地或替代地如此选择尺寸，即，芯5的外部径向突出部在其径向位置与开口的内部突出部重叠，因而如果假设不存在热塑性材料，芯5也不会自由转动。在类似于图13所示的构型中，这意味着波纹幅度(或者总体上芯的突出特征的特征径向延伸)大于热塑性材料厚度d。这提供了对转动自由度的最大限制。
在前述实施例中(除图8a的变型外)已假定在最初、即在使热塑性材料液化之前存在连接件头部。然而，也可以通过机械振动使远端和近端分别变形成为脚部和头部。
总体而言，除了其它因素，机械振动是否在超声波焊头和热塑性材料之间界面处造成液化或者机械振动是否被耦合入连接件且被传递至连接件的其它界面将尤其取决于超声波焊头/热塑性材料界面处的压力和振动频率。总体上，通过高压和低振动频率，振动会具有被传递至连接件并被传递至远端的趋势，而在更高频率和更低压力下，液化会具有在超声波焊头/热塑性材料界面处发生的趋势。
为了在加工过程中形成脚部和头部，根据一个选项，可以采用目标压力分布。图4很示意性地示出一个例子，图4示出与经过时间相关的压力p。在第一阶段，压力相对高，使得在与超声波焊头界面处不发生液化，但液化可以在远端开始(在图1至图5所示的“向前的”远端)地主要发生。在形成脚部后，压力降低至第二值，从而在第二阶段该热塑性材料在与超声波焊头的界面处液化并形成头部。
补充地或替代地，频率原则上也在加工过程中被调整，例如从第一阶段期间的较低频率被调至在第二阶段期间的较高频率。为了实现上述过程，例如超声波焊头可被激发以在谐振频率下振动，或者可以适当地影响超声波焊头的本征频率(共振频率)，例如通过在沿着超声波焊头的预定位置处阻止或影响超声波焊头的振动。或者，超声波焊头可以在第一和第二阶段之间互换。
作为另一替代方式，尤其如果连接件的所有热塑性材料均可在加工过程中液化，则操作者可在不采用特定分布情况下运用加工参数，其使液化在远端处发生，然后等待直到液化进行到较近端部。
如前所述，可以选择加工参数以使热塑性材料与第一和第二物件的开口的周向壁形成紧密接触而密封开口。这在图15中被示出。热塑性材料4进入第一和第二物件之间的不规则处或间隙中，例如在图15中的虚线圆21中的区域。
在图15的实施例中，例如为金属材料的非热塑性材料的主体5假定具有被热塑性材料覆盖且在其内部也有热塑性材料的相对薄的鞘的形状。芯的远端和近端(远端可被分成能更易变形的多个舌部)向外弯曲以实现所诉连接的附加机械稳定性。
在前述实施例中，假定芯是由与热塑性材料有显著区别的材料如金属构成的，因而在芯和热塑性材料之间有清楚界定的界面。这些实施例中的芯限定非流动区，或者至少形成非流动区的一部分。图16a和图16b示出不具有这种芯的实施例。连接件3是纤维加强材料，具有大致沿轴向定向的连续纤维。该连接件围绕要与第一和第二物件中的开口的周向壁形成接触的周面地包括能量定向部46。能量定向部在超声波焊接领域是已知的。它可具有脊或小凸起或类似形状。尤其是，与所示方式不同，能量定向部可以是轴向延伸的肋部。
能量定向部或其它方式可以引起围绕周面的热塑性材料(除了与配对件7接触的远端)液化，而中心区域(相对于径向)保持为固体状态。图16b示出通过粗虚线分成远侧和周缘处的流动区及近侧和中心处的非流动区48。在这种构造中设置非流动区48对于保持纤维在连接件中的定向是尤其有利的。
在图17a和图17b的构造中，与之前所述的实施例相比，该连接件具有预成形的脚部41且从远侧被***对齐的第一和第二开口中。在所述实施例中，该脚部包括芯的远侧加宽部57(凸缘)。
然后，超声波焊头6的头部被用来形成头部31。它被压至连接件近端的热塑性材料4，同时适当的配对件7被用于施加反作用力。选择振动源工作参数和超声波焊头被压至连接件的压力，从而在超声波焊头和连接件之间的界面处吸收大量机械能，以使液化在该界面处发生。然后，选择超声波焊头的远侧耦合输出面的形状，以便通过至少部分对头部形状的阴形复制而形成头部。
图18a至图18c示出其它实施例。在此实施例中，非热塑性材料的主体5不是嵌入热塑性材料中的芯。主体5是具有沿轴向朝近侧敞开的开口和在加工结束时构成主体头部特征的近侧加宽(凸缘)51的鞘件。鞘件具有多个出口151。朝向远端地，主体5还包括与主体余部成整体且通过预定弱化点与之相连的多个臂512。臂152在远侧通过弹性薄片154连接，弹性薄片154被弯曲入筒状主体的内部。
伸展件160被成形为能从近侧***主体的轴向开口中。当伸展件160通过适当工具161在远侧被压抵到由弹性薄片154形成的弯曲部时，弹性薄片将被压平且臂152会向外弯折(图18b)。伸展件160具有与轴向开口内径匹配的直径，使得当伸展件已移动至如图18所示位置—在该位置处伸展件例如接触轴向止挡(例如图18b未示出的小肩部)—时通过伸展件使轴向开口对远侧封闭。在该位置上，伸展件160的面向近侧的面的至少径向最外侧部分位于出口151远侧。伸展件还具有面向近侧的尖头或脊161。
为此，热塑性材料4作为能从近侧被***轴向开口的销状件来提供。在机械振动和压力作用下，热塑性材料将会在与伸展件160的界面处液化且被压出出口151。
对于加工过程，主体5被引入所述物件1和2的对齐的第一和第二开口中，同时臂152处于其初始的非伸展状态。然后，伸展件被引入以使臂152伸展，如上所述，此后热塑性材料被引入且使用具有可被***开口远端的超声波焊头将振动耦合入热塑性元件4，同时热塑性元件4被压向远侧而使热塑性材料液化并将其压离出口。所形成的构造在图18c中被示出：脚部41填充在臂152和第二物件的远离第一物件的表面之间空隙。
在图18c的构型中，除主体5和热塑性元件4外，该连接件还包括电绝缘材料的套筒元件170，其保护主体的一些部分—即杆部周面和近侧加宽部51的远侧表面—不与第一物件接触。套筒元件的电绝缘材料也例如可以是热塑性材料，其能被焊接至热塑性元件的热塑性材料和/或分隔层8(如果有)的热塑性材料。或者，可以是其它适合的材料。
在其它实施例中，主体可由与第一物件1相同的材料制成。在这种情况下，主体5和第一物件1之间的直接接触是可能的，并且可以省略套筒件(主体5和第一开口相应设定尺寸)。
在图18c的变型实施例中重要的是，第二物件的表面部分可通过套筒部分70与主体5隔离，或者第一物件的部分可通过热塑性元件4的液化且再固化的热塑性材料与主体5隔离。换句话说，套筒件是否介于第一物件和第二物件之间的界面不重要。
图19示出图18c的变型实施例，其中，第二物件2是非扁平的片状中空杆。但在该构型中该第二开口12是通孔，因为第二物件2的与第一物件1连接的部分是平的。
关于图18a至图18c和图19所教导的方法还适用于第二物件，其中第二开口不是通孔而是盲孔。
图20a和图20b的实施例与图3a至图3b的不同在于以下特征：
金属芯5在其外表面、尤其在其侧向(关于近侧轴线)表面具有多个呈缺口形式的锁合特征81。除了缺口外或代替缺口地，表面还可以包括适于在芯及其周围热塑性材料之间形成形状锁定的其它特征，例如突起、开孔等。这些形状锁合特征可以在最初嵌入热塑性材料4中(在所述实施例中通过填充有热塑性材料的缺口嵌入)或能仅在加工过程中通过暂时液化的热塑性被填充。形状锁合特征使芯5稳定且保持就位在热塑性材料内。
在一些实施例中，缺口或脊部沿周向延伸，从而有助于关于轴向力的稳定性。这对于在加工后芯可从近侧或远侧进入以将一些其它物件紧固至芯的情况是尤其有利的。
金属芯具有远侧引导缺口82。引导缺口例如是引导特征且与配对件7的模具部71的中央引导突出部75一起在热塑性材料至少部分处于液态时在加工过程中限定***位置。要注意的是这适用于以下两种情况，配对件的模具部的引导突出部(或其它实施例中的超声波焊头)直接与引导特征共同作用的情况，和在引导缺口和引导突出部之间没有直接接触的情况。
在远端面的热塑性材料4具有液化导向特征87，即与引导突出部75共同作用以初始限定相对位置并在加工过程中辅助引导材料流动的缺口。
热塑性材料4具有最初用作用于超声波焊头6在其远端的耦合输出界面的近向侧台阶结构85。在该界面处液化的材料会流至超声波焊头的远端面和芯5的近端面之间的引导开口33所余下的间隙中，从而在加工过程后所述芯完全嵌入热塑性材料中。
或者，根据连接件3的制造过程，金属芯可在加工过程开始时已嵌入热塑性材料中。然后，超声波焊头和芯5之间的空间可选地从加工过程开始时进行填充。
作为进一步的替代方式，可在芯5的近端在加工过程后仍能触及从而例如形成螺母/螺纹件的情况下选择如图4a和图4b所示的构造。
芯5的轴向延伸尺寸(长度)大致对应于第一和第二物件的累积厚度，并且在加工过程的结尾，近端与第一物件的上表面大致对齐，而远端与第二物件的下表面大致对齐。
进一步，大多数实施例中的加工参数被选择为使金属芯无论其轴向延伸尺寸如何均横穿第一物件和第二物件之间的剪切面。
所有这些特征均可以不共同实施，或者不必与上述实施例中的特征结合实施。尤其是这些特征还适合非圆形横截面的连接件，或者适合根据图1至图10或图17a和图17b示出的构造的连接件。
图21的实施例与上述实施例、例如图3a/3b或图20所示的实施例的不同之处在于，第一物件1的近端面有第一缺口91，第二物件2的远端面有第二缺口92。该连接件的头部31的形状与第一缺口相匹配。配对件7不具有模具部，而是基本平的(可具有能量定向凸起(图中未示出))，从而在加工过程中形成的脚部填充第二突出部。因此，图21的实施例是该连接件在加工过程结尾具有与外表面齐平的头部和脚部的例子。
图22还示出连接件具有(第一热塑性材料的)第一热塑性材料部分4.11和不同的第二热塑性材料的第二热塑性材料部分4.12。第一和第二热塑性材料可具有不同的液化特性和/或不同的机械性能。例如，第二热塑性材料可具有显著低于第一热塑性材料的玻璃转换温度的玻璃转换温度。
另外，连接件头部形成具有能量定向远侧边缘的远向侧周向凸缘93。
在图22的实施例中，热塑性部分即包括第一和第二热塑性材料的部分被拧入(或者用其它方式、例如至少在第一热塑性材料的液化和再固化后以刚性配合的方式固定，参见所示锁合特征81)不可液化体5中，其中，不可液化体是金属的并形成脚部57。
当在连接件相对于第一和第二物件放置的情况下将超声波焊头6压至连接件时，如图22所示，根据第一热塑性材料在杆区的延伸且还可能在热塑性部分远端处延伸，液化首先在凸缘93和第一物件1之间界面处发生。根据第一物件材料的组成和结构，在凸缘93处液化的材料还穿透至位于第一物件表面处的结构中，因此在再固化之后形成附加刚性配合，例如WO00/79137所述的类型。
在加工过程开始一段时间后，由于热塑性部分向前运动，第二热塑性材料部分4.12与物件表面形成接触。由于其玻璃转换温度降低，故此后第二热塑性材料部分4.12将会基本液化，且因由连接件产生的液静压而被压至物件和配对件7上，因此第二热塑性材料4.12会流入任何仍存在的空腔。但由于凸缘93，第二热塑性材料4.12会被阻止侧向流出凸缘93。因为第二热塑性材料会填充连接件和物件之间的任何仍有间隙，因此会沿周缘的孔壁和物件的近侧和/或远侧提供有效的密封。
可通过该方法提供有效密封。一般而言，因为对于第二热塑性材料4.12来说可以选择不需要具有第一热塑性材料所要求的机械特性的材料，根据应用，其材料性能可被优化以用于任何其它目的。例如，第二热塑性材料例如可被选择为具有低于冰点的玻璃转换温度，从而在低温下仍保持弹性特性。补充地或替代地，第二热塑性材料可被选择成是粘弹性的。
与图22的实施例相似，图23的实施例具有第一和第二热塑性材料部分4.11和4.12。与图22的实施例相比，该连接件不具有预形成的金属脚部，而是与图1至图4和图20的实施例相似，例如附加具有凸缘93，并且第二热塑性材料部分4.12用于附加密封作用。
图24的实施例是利用前述类型的金属芯5(如参见图1至图4、图20和图21)将连接件紧固至第一物件1的方法，其中第一物件具有通孔11，但第二物件不通过连接件被紧固至第一物件。具体说，图24示出将连接件紧固至双片层，其中每个片层示出为具有夹层结构。在此，第一片是第一物件1，第二片用作配对件7。在片之间，即在第一物件1和配对件7之间，可选地设有另外一层更柔软的和/或可液化的材料(未示出)。在图24中在加工过程开始时示出了左侧所示的连接件3(没有超声波焊头)，而在在加工过程后示出了右侧的连接件3。箭头示出用于使片1和7被压迫分开的过程。
图25示出具有两个连接件杆部和脚部3.1和3.2的连接件例子。在所示实施例中，连接件部具有金属(或不可液化)芯，但图25所示的多脚形连接件的概念可通过具有一个或多个不可液化体的杆部和脚部实施。形成用于多连接件脚部的过程可通过前述任何方式实现，包括使机械振动能从近侧冲击，同时提供在远侧具有模具部的配对件(或类似于图21，与物件1中的缺口一起提供平的配对件)，或者通过使振动能从远侧冲击。
另外，尽管图25示出固定在单独第一物件1中的连接件，但也可使用多脚形连接件将第一物件固定至第二物件，如之前多个实施例所述。
上述内容同样适用于参考图26a和图26b所述的实施例。在该实施例中，不可液化体5被构造成用作加工过程中的超声波焊头。为此，不可液化体具有内螺纹114并能被拧到与振动源(未示出)连接的振动杆110的外螺纹111上。另外，不可液化体具有近向侧斜面部分112，该近向侧斜面部分112形成与热塑性材料4的相应远向侧的耦合输入面部分之间的界面。在加工过程中，不可液化体5通过振动杆110被拉动，同时配对件(压紧装置112)用于将热塑性材料4保持就位以使热塑性材料在不可液化体和配对件之间被压缩。结果，热塑性材料在界面处开始液化至斜面部分112且侧向流动而将装置固定。不可液化体可设有其它外部周缘结构和/或锁合轴向结构，从而产生与热塑性材料的更强形状锁合。
图26b示出固定装置。内螺纹可用于将其它部分连接至第一物件1。
图27a和图27b的实施例与图26a和图26b的实施例相似，其不同之处在于不可液化体具有与振动杆的相应内螺纹配合的外螺纹115。与图26a和图26b的实施例相比，该实施例可以更紧凑，因为不可液化体可以是作为整体的销状而不是螺母状。
在图28的实施例中，第二热塑性材料部分4.2例如是弹性体，其关于径向居中布置，并且嵌入电缆121。在该实施例中，该连接件用于将第一物件连接至电缆并且密封穿过第一物件1的导线。
图29的实施例是不可液化材料主体不仅形成芯且具有头部特征51的实施例。另外，在图29的实施例中，主体5和热塑性材料4是最初分开的。主体还具有中心孔136和位于旁边的轴向通道133，轴向通道用于使热塑性材料4部分的相应的轴向突出部131、132进入。通道133外通至侧向开口(出口)，当热塑性材料部分在机械振动作用下被压至芯时，液化的热塑性材料能如箭头135所示地经所述侧向开口流出。热塑性材料的流出部分填充主体5和第一物件1侧壁之间的间隙且还侧向流到第一物件1下表面的下方而形成所述方式的脚部。另外，中心孔136的侧壁可以设有诸如内螺纹、至少一个周向延伸的脊部、凹痕、孔隙的布置等形式的结构，热塑性部分的热塑性材料可以流动至上述结构中，从而将热塑性材料附加锁固至不可液化体5。
在所有其它实施例中，不可液化体可以是金属的诸如钢或铝基材料的，或是陶瓷、(加强或非加强的)硬塑料或甚至木头的等等。
图29的实施例可以与其它所有实施例类似，其中连接件所附接的第一物件1还被用于将第一物件和第二物件彼此相对紧固。
图30a和图30b的实施例示出不可液化体5用作芯的实施例，其中，主体5与图20所述的主体相似。但与前述实施例相比，仅有一个超声波焊头而不是两个超声波焊头6.1和6.2用于使热塑性材料侧向流动。具体说，该布置形式包括设于该连接件远侧以形成头部31的第一超声波焊头6.1和用于形成脚部41的第二超声波焊头6.2(图30b)。为此，超声波焊头设有位于其各自耦合输出端面的适当的模具特征。
如图20所述，不可液化体5不仅针对作用于第一和第二物件1和2之间连接的力提供稳固性，而且通过其形状和定向在头部和脚部形成过程中引导液化材料流动并使布置结构稳定。

Claims (44)

1.一种将连接件结合至第一物件的方法，包括：
提供具有第一开口的第一物件，该第一开口为通孔；
提供该连接件，该连接件与所述第一物件分开且该连接件包括热塑性材料；
将所述第一物件和连接件彼此相对布置，从而所述连接件从近侧进入所述第一物件；
利用机械振动源产生振动，并且将该振动和机械压力施加至该连接件，直到在所述振动和压力的作用下，热塑性材料的流动部分发生液化且沿径向侧向流动至开放的空间；和
移除所述振动源并使液化的热塑性材料再固化；
其中，在移除步骤后，该连接件包括脚部、头部和位于所述脚部和所述头部之间的杆部，所述杆部沿轴线延伸穿过所述第一开口并由此将该连接件固定至所述第一物件；
其中，所述流动部分至少形成所述脚部的或所述头部的或所述脚部和所述头部两者的一部分；和
其中，满足以下条件中的至少一个：
-该连接件除热塑性材料外还包括由不可液化的或只能在显著高于该热塑性材料的温度下被液化的材料制成的主体；
-施加振动和压力的步骤包括通过该连接件的近侧耦合输入面耦合振动且通过该连接件将振动传输至该连接件的远端面。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括提供具有第二开口的第二物件，所述第二物件与该连接件分开，其中所述布置步骤包括将所述第一和第二物件与该连接件彼此相对布置而使所述第一开口与所述第二开口对准，且所述连接件从近侧经所述第一开口向远侧进入所述第二开口。
3.一种将第一物件和第二物件结合在一起的方法，包括以下步骤：
提供具有第一开口的第一物件和具有第二开口的第二物件，至少所述第一开口为通孔；
提供连接件，该连接件与所述第一物件和所述第二物件分开且包括热塑性材料；
将所述第一和第二物件与该连接件彼此相对布置而使所述第一开口和所述第二开口对准，且所述连接件从近侧经所述第一开口向远侧进入所述第二开口；
利用机械振动源产生振动并将所述振动和机械压力施加至该连接件，直到在所述振动和压力的作用下，该热塑性材料的至少流动部分发生液化且沿径向侧向流动至开放的空间；和
移除所述振动源并使液化的热塑性材料再固化；
其中，在移除步骤后，该连接件包括脚部、头部和位于所述脚部和头部之间的杆部，所述杆部沿轴线延伸穿过所述第一开口并穿过所述第二开口的至少一部分，由此将所述第一物件和所述第二物件固定在一起；
其中，所述流动部分形成所述脚部的或所述头部的或所述脚部和所述头部两者的至少一部分。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，在产生振动的步骤中，该振动在近侧被产生且被传输向远侧，其中所述流动部分形成所述脚部的至少一部分。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述布置步骤包括使所述杆部通过所述第一开口进入，并且在使热塑性材料再固化的步骤之后，所述脚部具有大于所述杆部的横截面的横截面。
6.根据权利要求5所述的方法，包括提供所述第二物件，其中使所述杆部进入的步骤包括使所述杆部经所述第一开口进入，直到所述杆部伸入或穿过所述第二开口。
7.根据权利要求4至6之一所述的方法，其中，所述机械振动源被耦合至超声波焊头，所述超声波焊头包括远侧耦合输出面，其中在施加振动的步骤中，所述耦合输出面被耦合至所述连接器的近端面，并且将振动传输向远侧的步骤包括通过该连接件将振动从其近端面传输至远端面。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，该连接件在初始状态下包括所述头部，所述头部形成面向远侧的肩部，所述肩部在该连接件从近侧被***所述第一开口或对齐的所述第一开口和第二开口中时形成止挡。
9.根据权利要求7所述的方法，包括在形成所述脚部后形成所述头部的步骤。
10.根据权利要求4至6之一所述的方法，其中，超声波焊头被用于施加振动，并且所述超声波焊头具有杆部和面向近侧的远侧耦合输出面且在施加振动步骤中承受拉力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述超声波焊头在施加振动步骤后保持连接至该热塑性材料并构成所述连接件的芯。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述超声波焊头包括超声波焊头足部，并且在使该热塑性材料再固化的步骤之后，所述超声波焊头足部形成所述脚部的一部分。
13.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，该连接件设有预制的脚部，其中在所述布置步骤中，该连接件从远侧被***对齐的第一开口和第二开口中，并且施加振动以形成所述头部。
14.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，在施加振动步骤中，振动被施加至远侧和近侧二者。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述布置步骤包括使所述杆部经所述第一开口进入，并且在使热塑性材料再固化的步骤之后，所述脚部具有大于所述杆部的横截面的横截面。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，在施加振动步骤中，振动至少在一段时间内被同时施加至近侧和远侧。
17.根据权利要求14至16之一所述的方法，其中，振动通过近侧超声波焊头被施加至近侧并通过远侧超声波焊头被施加至远侧，并且在远侧超声波焊头处或在近侧超声波焊头处或在这两者处有模具特征以分别限定所述脚部和所述头部的形状。
18.根据权利要求1至17之一所述的方法，其中，在施加振动和机械压力的步骤中，该连接件包括流动区和非流动区，其中所述流动区由热塑性材料形成且发生液化，而所述非流动区不发生液化。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述非流动区包括与热塑性材料不同的材料的主体。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述主体是金属的或由纤维加强塑料材料或陶瓷制成。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述主体构成由该热塑性材料包围的芯。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述芯具有杆部和在所述杆部的近侧的近侧加宽部，其中所述近侧加宽部至少在一些径向上比所述第一开口延伸得更远。
23.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述主体具有鞘件形状，该鞘件具有朝近侧敞开的纵向开口和位于该鞘件的纵向开口和周缘之间的至少一个侧向出口，并且该热塑性材料包括所述纵向开口的热塑性填料或能被***所述纵向开口中的热塑性元件或者这两者。
24.根据权利要求19至23之一所述的方法，包括在布置步骤之后且在移除振动源步骤之前的使该主体的一部分变形的附加步骤。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，变形步骤包括使所述主体侧向膨胀到至少一个径向上的步骤。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其中，变形步骤通过由超声波焊头施加机械压力来实现，并且所述超声波焊头在施加振动步骤中被用于施加至少其中一些所述振动。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，变形步骤和施加振动步骤至少被同时执行一段时间。
28.根据权利要求24至27之一所述的方法，其中，变形步骤包括使该主体的远侧部分变形以产生在该主体的杆部远侧且属于该连接件的脚部的远侧加宽部。
29.根据权利要求18至28之一所述的方法，包括提供所述第二物件，其中该非流动区横穿由所述第一物件的在所述第一开口附近面向所述第二物件的一个表面所限定的平面以及由所述第二物件的在所述二开口附近面向所述第一物件的一个表面所限定的平面。
30.根据权利要求18至29之一所述的方法，其中，在垂直于压力施加轴线的至少一个横截面中，该连接件包括该流动区的若干部分和该非流动区的若干部分。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，在垂直于所述轴线且沿所述第一和第二物件之间的平面的横截面中，该连接件包括该流动区的若干部分和该非流动区的若干部分。
32.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，执行施加压力步骤，直到该流动部分的材料至少沿整个周缘覆盖所述第一开口的周向壁，或如果适合覆盖所述第二开口的周向壁，或者覆盖所述第一和第二开口两者的周向壁。
33.根据前述权利要求之一所述的方法，包括提供所述第二物件，其中遵守以下条件中的一个或多个：
所述第一和第二物件是由不同的材料构成的；
所述第一物件和第二物件中的至少一个包括纤维加强复合材料。
34.根据前述权利要求之一所述的方法，包括提供所述第二物件，其中布置步骤包括提供位于所述第一和第二物件之间的热塑性分隔层，并且使所述流动部分的材料被焊接至所述分隔层。
35.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述连接件的外轮廓和所述第一开口的或如果适合所述第二物件的或者所述第一和第二物件两者的横截面不具有圆形对称。
36.根据前述权利要求之一所述的方法，包括以下步骤，将该热塑性材料的一部分从低于玻璃转换温度的温度直接或间接地局部加热至高于玻璃转换温度的温度，同时该热塑性材料的其它部分保持低于玻璃转换温度，其中至少在施加步骤之前或在施加步骤期间内进行加热设定步骤。
37.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述机械振动源被耦合至超声波焊头，所述超声波焊头包括远侧耦合输出面，其中在施加振动步骤中，所述耦合输出面被耦合至所述连接器的近端面，并且所述超声波焊头包括远侧引导突出部，该远侧引导突出部与所述连接件的远端面的相应成形的缺口合作。
38.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一和/或第二开口具有靠近所述开口的缺口，并且该方法包括将所述头部和/或所述脚部别至少部分布置在所述缺口中。
39.一种用于结合至具有通孔的物件的连接件，该连接件包括热塑性材料和由不可液化的或只能在显著高于该热塑性材料的温度下被液化的材料构成的主体，该连接件在头端和脚端之间沿纵轴线延伸，所述主体包括作为头端部分和/或脚端部分的可变形部分并能通过在作用于该连接件的端面的压力和机械振动的作用下关于该轴线向外弯曲而变形，其中该热塑性材料被布置成在通过压力和机械振动而变形后至少部分包围所述可变形部分。
40.一种用于结合至具有通孔的物件的连接件，该连接件包括形成第一热塑性材料部分的第一热塑性材料和形成第二热塑性材料部分的不同的第二热塑性材料，其中第二热塑性材料具有以下特性中的至少一种：
第二热塑性材料比第一热塑性材料软；
第二热塑性材料的玻璃转换温度低于第一热塑性材料的玻璃转换温度；
第二热塑性材料包含能形成与所述物件的胶粘结合或粘着结合的反应组份；
其中，第一和第二热塑性材料均形成该连接件的表面的一部分。
41.根据前述权利要求之一所述的连接件，其中，第二热塑性材料部分形成围绕该连接件的由近及远的轴线的套环部。
42.根据权利要求40或41所述的连接件，还包括第一热塑性材料的向远侧突出的外凸缘，所述外凸缘至少部分包围第二热塑性材料部分。
43.根据权利要求40至42之一所述的连接件，其还包括不可液化材料的主体。
44.根据权利要求39或43所述的连接件，其中，所述主体包括下述中的至少一个：
位于侧面上的至少一个锁定结构，该锁定结构与热塑性材料的主体合作以使在嵌入的热塑性材料中的所述主体的相对位置稳定；
与超声波焊头或模具部的各自引导突出部或引导缺口合作的近侧引导缺口和/或远侧引导缺口或突出部，以在使该热塑性材料的至少一部分液化的过程中限定所述主体的位置。
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