FIJACIÓN EN UN MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN.

Método de fijación de un elemento (1) de fijación en un objeto de material (21) de construcción con la ayuda de vibraciones mecánicas (5),

comprendiendo dicho elemento (1) de fijación una cara de transmisión de entrada adecuada para la transmisión de vibraciones mecánicas, y comprendiendo además dicho elemento (1) de fijación un material termoplástico licuable mediante vibraciones mecánicas que forma al menos una parte de la superficie del elemento (1) de fijación, comprendiendo el método las etapas de: • colocar el elemento (1) de fijación en el objeto (21) de modo que áreas del elemento (1) de fijación que comprenden el material termoplástico están en contacto con el objeto (21); • aplicar una fuerza (4) y vibración mecánica (5) a través de la cara de transmisión de entrada en el elemento (1) de fijación colocado, de modo que el material licuable es licuado al menos parcialmente en las zonas en contacto con el objeto (21) y es presionado contra el objeto (21) para formar una conexión de encaje de forma con el objeto (21) después de su resolidificación, • en el que la fuerza (4) y las vibraciones mecánicas (5) son aplicadas en el elemento (1) de fijación desde una herramienta (3) en la que las vibraciones mecánicas (5) son aplicadas en un lado proximal y que comprende una cara (3.1) de transmisión de salida en un lado distal a través de la que las vibraciones mecánicas (5) son aplicadas en el elemento (1) de fijación, caracterizado porque dicha fuerza (4) aplicada en el elemento (1) de fijación desde la herramienta (3) es ejercida en la herramienta (3) como una fuerza de tracción o se dispone un elemento opuesto (31) para ejercer una fuerza opuesta (51), siendo la fuerza opuesta (51) opuesta a dicha fuerza (4) aplicada en el elemento (1) de fijación desde la herramienta (3), y en el que la fuerza opuesta (51) es aplicada como una fuerza de tracción en el elemento opuesto (31)

La invención pertenece al campo de la construcción, especialmente a la industria de la construcción, construcción de madera, industria de muebles y construcción mecánica, y se refiere a un método de fijación de un elemento de fijación en un objeto de material de construcción, teniendo dicho objeto una superficie porosa o estructurada, la superficie del objeto, en la que se fija el elemento de fijación, que es de madera, compuesto de madera (aglomerado, partículas, hebras orientadas, etc.), cartón, hormigón, ladrillo, yeso, piedra (tal como arenisca) o espuma dura industrial, y en la que un material licuado puede penetrar bajo presión. La invención también se refiere a un elemento de fijación correspondiente que se fija en un objeto y a un dispositivo correspondiente.

Son conocidos métodos de fijación de elementos de conexión en una abertura en un material de construcción fibroso

o poroso con la ayuda de vibraciones mecánicas por publicaciones tales como WO 03/046390, WO 00/79137 y WO 2006/002569. Según estos métodos, un elemento de conexión se coloca en una abertura prefabricada del objeto o es presionado contra la superficie del objeto mediante una fuerza dirigida, creando a su vez una abertura. Mientras una fuerza actúa sobre el elemento de conexión en la dirección de un eje de la abertura, el elemento es excitado mediante vibraciones mecánicas. El elemento de conexión comprende material termoplástico al menos en una superficie, que entra en contacto con el material del objeto durante este procedimiento. La energía de las vibraciones mecánicas se ajusta para licuar el material termoplástico en el área de un punto de fijación predeterminado mediante las vibraciones mecánicas y para empujarlo contra los poros o estructuras superficiales del objeto mediante la acumulación de presión en el punto de fijación entre una pared de la abertura y el elemento de conexión, formando por lo tanto una fijación macroscópica más eficaz.

No obstante, existen situaciones en las que la fijación de los elementos de conexión mediante vibraciones mecánicas según la tecnología del estado de la técnica no resulta suficiente o en las que, p. ej., debido a la limitada accesibilidad de la abertura, no es posible excitar un elemento de conexión conocido con energía vibratoria suficiente para asegurar una fijación fiable mediante los métodos conocidos.

Por lo tanto, el objetivo de la invención es dar a conocer un método de fijación de un elemento de fijación (el término usado en el presente texto para un elemento de conexión o cualquier otra pieza que se fija directamente en el objeto) y un elemento de fijación correspondiente adecuado para su fijación en el material del objeto bajo condiciones que hasta la fecha hacían tal fijación imposible o muy difícil.

Según una realización preferida, el elemento de fijación adecuado para su fijación en una abertura del objeto de material de construcción con la ayuda de vibraciones mecánicas puede ser comprimido en la dirección de un eje de compresión seleccionado, obteniéndose el efecto de un aumento local de la distancia entre una superficie periférica del elemento de fijación y el eje de compresión (medida en ángulo recto con respecto al eje de compresión). El elemento de fijación comprende una cara de transmisión de entrada para la aplicación de una fuerza de compresión y de la vibración mecánica en el elemento de fijación y un material termoplástico que forma al menos una parte de la superficie del elemento de fijación en la región del aumento de distancia mencionado anteriormente. Un método de fijación de tal elemento de fijación en un objeto comprende las siguientes etapas:

· disponer una abertura en el objeto

· colocar el elemento de fijación en la abertura de modo que el eje de compresión se extiende esencialmente en paralelo con respecto a un eje de la abertura;

· aplicar una fuerza de compresión y vibraciones mecánicas a través de la cara de transmisión de entrada en el elemento de fijación colocado, de modo que el elemento de fijación es comprimido y, gracias al aumento de la distancia, es presionado al menos localmente contra las paredes laterales de la abertura, provocando de este modo que el material termoplástico sea licuado al menos parcialmente en las zonas en contacto con las paredes laterales y sea presionado contra las estructuras del objeto para formar una conexión de encaje de forma después de su resolidificación.

En el presente texto, el término “elemento de fijación” se usa para describir cualquier elemento configurado para ser fijado en un objeto de material de construcción. El término se usa principalmente para elementos de conexión, es decir, elementos que sirven para conectar el objeto a otro objeto. Tales elementos de conexión pueden ser usados de manera similar a tornillos convencionales, espigas, clavos, ganchos, etc., aunque el término “elemento de fijación” también describe elementos que se fijan en un objeto en sí mismos y no requieren una fijación adicional.

El objeto en el que se fija el elemento de fijación -esto también es aplicable en todas las realizaciones de la invención- está hecho al menos parcialmente de un material que es rígido y poroso, que comprende una superficie estructurada (es decir, una superficie con añadidos irregulares, aberturas porosas o estructuras similares, p. ej., producidos de forma mecánica), y/o que puede ser penetrado por un material licuado bajo presión. Preferiblemente, el objeto consiste al menos parcialmente en madera o un material similar, p. ej., material hecho de trozos de madera

o virutas de un compuesto que contiene este último elemento. No obstante, el material también puede ser cartulina (o cartón), hormigón, espuma metalizada, espuma de plástico duro, ladrillo, piedra o cualquier otro material adecuado para la construcción y de acuerdo con la definición mencionada anteriormente.

En este texto, “material termoplástico” se usa para describir un material que comprende al menos un componente termoplástico que puede ser licuado mediante vibraciones mecánicas cuando está en contacto con una superficie dura. El material termoplástico conforma al menos una parte del elemento de fijación; el mismo puede conformar la totalidad del elemento de fijación. Además del termoplástico, el material termoplástico también puede comprender componentes no termoplásticos, tales como fibras de refuerzo, astillas de refuerzo, materiales de carga, etc. Los componentes no termoplásticos pueden estar distribuidos de forma uniforme en el material termoplástico o pueden estar presentes en concentraciones variables. El elemento de fijación también puede comprender áreas exentas de material termoplástico. Tales áreas pueden ser de metal, vidrio, material cerámico o de materiales no termoplásticos

o de un material o materiales termoplásticos licuables sustancialmente a temperaturas más altas en comparación con el material termoplástico básico.

La frecuencia mecánica de las vibraciones mecánicas -esto es aplicable en todas las realizaciones de la invención descritas en este texto- está comprendida normalmente entre 2 kHz y 200 kHz y sus amplitudes son de aproximadamente 10 µm, es decir, entre 1 µm y 100 µm. Si el material termoplástico lleva a cabo una función de soporte de cargas y es licuado solamente en las áreas de contacto mencionadas, el mismo debería tener un coeficiente de elasticidad superior a 0,5 GPa y unas temperaturas de plastificación de hasta 200ºC, entre 200ºC y 300ºC o superior a 300ºC.

A continuación, una abertura en el objeto -ya sea un orificio pasante o un orificio ciego- en cuyo interior se coloca un elemento de fijación se denomina “orificio”. Por supuesto, una fijación según la invención también puede llevarse a cabo en una abertura que no esté perforada de forma específica para tal efecto, sino, p. ej., que esté contenida en el estado natural del objeto o practicada por algún otro motivo. El uso del término “orificio” no se limita a aberturas producidas mediante una técnica específica, sino que se extiende, p. ej., a aberturas producidas por punzonado, corte por láser o corte con la ayuda de radiación de partículas, etc., así como a aberturas contenidas en el estado natural del objeto.

En la mayor parte de realizaciones de la invención con un elemento de fijación que puede ser comprimido, aunque no necesariamente, la compresión provoca un aumento local de la sección transversal... [Seguir leyendo]

1. Método de fijación de un elemento (1) de fijación en un objeto de material (21) de construcción con la ayuda de vibraciones mecánicas (5), comprendiendo dicho elemento (1) de fijación una cara de transmisión de entrada adecuada para la transmisión de vibraciones mecánicas, y comprendiendo además dicho elemento (1) de fijación un material termoplástico licuable mediante vibraciones mecánicas que forma al menos una parte de la superficie del elemento (1) de fijación, comprendiendo el método las etapas de:

· colocar el elemento (1) de fijación en el objeto (21) de modo que áreas del elemento (1) de fijación que comprenden el material termoplástico están en contacto con el objeto (21);

· aplicar una fuerza (4) y vibración mecánica (5) a través de la cara de transmisión de entrada en el elemento (1) de fijación colocado, de modo que el material licuable es licuado al menos parcialmente en las zonas en contacto con el objeto (21) y es presionado contra el objeto (21) para formar una conexión de encaje de forma con el objeto (21) después de su resolidificación,

· en el que la fuerza (4) y las vibraciones mecánicas (5) son aplicadas en el elemento (1) de fijación desde una herramienta (3) en la que las vibraciones mecánicas (5) son aplicadas en un lado proximal y que comprende una cara (3.1) de transmisión de salida en un lado distal a través de la que las vibraciones mecánicas (5) son aplicadas en el elemento (1) de fijación, caracterizado porque dicha fuerza (4) aplicada en el elemento (1) de fijación desde la herramienta (3) es ejercida en la herramienta (3) como una fuerza de tracción o se dispone un elemento opuesto (31) para ejercer una fuerza opuesta (51), siendo la fuerza opuesta (51) opuesta a dicha fuerza (4) aplicada en el elemento (1) de fijación desde la herramienta (3), y en el que la fuerza opuesta (51) es aplicada como una fuerza de tracción en el elemento opuesto (31).

2. Método según la reivindicación 1, en el que se dispone un orificio (21.1) en el objeto (21) antes de colocar el elemento (1) de fijación, y el elemento (1) de fijación se coloca en dicho orificio (21.1).

3. Método según la reivindicación 2, en el que el elemento opuesto (31) se coloca sobre una boca o en un fondo o en el interior del orificio (21.1) del objeto (21).

4. Método según la reivindicación 3, en el que, para contrarrestar la fuerza (4) aplicada desde la herramienta (3) en el elemento (1) de fijación, el elemento (31) opuesto se coloca en la boca o en el fondo o en el interior del orificio

(21.1) del objeto (21).

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la etapa de aplicar la fuerza (4) de tracción en la herramienta (3) o en el elemento opuesto incluye aplicar la fuerza de tracción mediante un elemento elástico.

6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el elemento (1) de fijación es compresible en la dirección de un eje (11) de compresión con el aumento local de la distancia entre una superficie periférica del elemento (1) de fijación y el eje (11) de compresión, en el que la cara de transmisión de entrada no es paralela con respecto al eje de compresión, y en el que el material termoplástico forma al menos una parte de la superficie periférica del elemento (1) de fijación.

7. Unidad de fijación que comprende un elemento (1) de fijación adecuado para ser fijado en un objeto (21) con la ayuda de vibraciones mecánicas (5) y una herramienta (3), en la que el elemento (1) de fijación comprende una cara de transmisión de entrada para las vibraciones mecánicas (5), en la que el elemento (1) de fijación comprende además un material termoplástico licuable mediante energía mecánica que forma al menos una parte de la superficie del elemento (1) de fijación, en la que la herramienta (3) tiene un lado proximal y un lado distal y una cara de transmisión de salida adecuada para la transmisión de vibración mecánica (5) y adaptada a la cara de transmisión de entrada del elemento (1) de fijación, caracterizada porque la herramienta (3) puede ser conectada al elemento

(1) de fijación de modo que el elemento (1) de fijación puede ser fijado en el objeto (21) cuando una fuerza (4) de tracción y vibraciones mecánicas (5) son aplicadas en la herramienta (3), y en la que, durante la fijación, el material termoplástico es licuado al menos parcialmente en las zonas en contacto con el objeto (21) y es presionado contra el objeto (21) para formar una conexión de encaje de forma con el objeto (21) después de su resolidificación.

8. Unidad de fijación según la reivindicación 7, en la que la cara de transmisión de salida está orientada hacia el lado proximal de la herramienta (3).

9. Unidad de fijación según la reivindicación 8, en la que la herramienta (3) comprende una parte (3.4) de árbol proximal con un eje de árbol y un ensanchamiento distal (3.7) que tiene en un saliente a lo largo del eje de árbol un área de base más grande que el árbol, y en la que la cara de transmisión de salida está formada por una superficie proximal del ensanchamiento.

10. Unidad de fijación según la reivindicación 9, en la que el ensanchamiento tiene una sección transversal que es asimétrica giratoriamente con respecto al eje de árbol.

11. Unidad de fijación según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en la que el elemento (1) de fijación es

compresible en la dirección de un eje (11) de compresión con el aumento local de la distancia entre una superficie periférica del elemento (1) de fijación y el eje de compresión (11), en la que la cara de transmisión de entrada no es paralela con respecto al eje (11) de compresión para la transmisión de entrada de una fuerza de compresión y la vibración mecánica (5), y en la que el material termoplástico forma al menos una parte de la superficie periférica del elemento (1) de fijación en áreas del aumento de distancia local.