KR20180001424A - 적어도 두 개의 가공대상물들을 연결하는 연결 요소, 및 방법 - Google Patents

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하이코 밀러
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아르놀트 움포름테히닉 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

적어도 두 개의 가공대상물들을 연결하는 연결 요소, 및 방법
본 발명은 적어도 두 개의 가공대상물들(workpieces)을 서로 연결하는 연결 요소에 관한 것으로서, 상기 연결 요소는, 샤프트; 샤프트의 일단부에서, 반경 방향으로 샤프트의 외측을 지나서 돌출되는 연결-요소 헤드; 연결-요소 헤드 상의 구동부(drive configuration) 및 샤프트 전단부를 가지며, 연결-요소 헤드의 하측으로부터 나오는 상기 샤프트의 홀딩 부분 내에 적어도 한 쌍의 폐쇄된 환형 돌출부들이 배치되고, 이들 중 적어도 하나의 환형 돌출부는 샤프트의 길이 방향 축에 대해 직각으로 연장된 평면 내에 완전히 배치되지는 않으며; 상기 쌍의 두 개의 환형 돌출부들 사이의 간격은 원주를 따라서 상이한 크기이거나, 또는 상기 쌍의 환형 돌출부들의 두 개의 환형 돌출부들은 상호간에 평행하게 배치되고; 샤프트의 전단부는 테이퍼형 구멍-형성 부분(tapered hole-forming portion)으로서 구성되며, 구멍-형성 부분의 최대 외경은 환형 돌출부들의 최대 외경보다 3% 내지 10% 사이로 더 작으며, 특히 5% 더 작다.

Description

적어도 두 개의 가공대상물들을 연결하는 연결 요소, 및 방법{Connection element, and method for connecting at least two workpieces}
본 발명은 적어도 두 개의 가공대상물들(workpieces)을 서로 연결하는 연결 요소에 관한 것으로서, 샤프트; 샤프트의 일단부에서, 반경 방향으로 샤프트의 외측을 지나서 돌출되는 연결-요소 헤드 및 연결-요소 헤드 상의 회전 구동부(rotating drive configuration)를 가지며, 연결-요소 헤드의 하측으로부터 나오는 상기 샤프트의 홀딩 부분 내에 적어도 한 쌍의 폐쇄된 환형 돌출부들이 배치되고, 이들 중 적어도 하나의 환형 돌출부는 샤프트의 길이 방향 축에 대해 직각으로 연장된 평면 내에 완전히 배치되지는 않으며; 상기 쌍의 두 개의 환형 돌출부들 사이의 간격은 원주를 따라서 상이한 크기이거나, 또는 상기 쌍의 환형 돌출부들의 두 개의 환형 돌출부들은 상호간에 평행하게 배치되고; 상기 샤프트의 전단부는 테이퍼형 구멍-형성 부분(tapered hole-forming portion)으로서 구성된다.
이러한 연결 요소는 심사되지 않은 첫째 국제 공개 WO 2015/022124 A1으로부터 알려져 있다.
본 발명을 통해, 적어도 두 개의 가공대상물들을 서로 연결하는 연결 요소 및 방법이 개선된다.
이 목적을 위해, 본 발명에 따르면, 적어도 두 개의 가공대상물들을 서로 연결하는 연결 요소는, 샤프트; 상기 샤프트의 일단부에서, 반경 방향으로 상기 샤프트의 외측을 지나서 돌출되는 연결-요소 헤드 및 상기 연결-요소 헤드 상의 회전 구동부(rotating drive configuration)를 가지며, 상기 연결-요소 헤드의 하측으로부터 나오는 상기 샤프트의 홀딩 부분 내에 적어도 한 쌍의 폐쇄된 환형 돌출부들이 배치되고, 이들 중 적어도 하나의 환형 돌출부는 상기 샤프트의 길이 방향 축에 대해 직각으로 연장된 평면 내에 완전히 배치되지는 않으며; 상기 쌍의 두 개의 환형 돌출부들 사이의 간격은 원주를 따라서 상이한 크기이거나, 또는 상기 쌍의 환형 돌출부들의 두 개의 환형 돌출부들은 상호간에 평행하게 배치되고; 상기 샤프트의 전단부는 테이퍼형 구멍-형성 부분(tapered hole-forming portion)으로서 구성되며, 상기 구멍-형성 부분의 최대 외경은 상기 환형 돌출부들의 최대 외경보다 3% 내지 10% 사이로 더 작으며, 특히 5% 더 작다.
놀랍게도, 이러한 상기 구멍-형성 부분의 최대 외경의 치수 부여는 적어도 두 개의 가공대상물들을 연결할 때 특히 양호한 결과들을 내놓는다는 것을 보여주었다. 이 때문에, 상기 구멍-형성 부분에 의한 구멍-형성 후에 생성된 구멍은 상기 환형 돌출부들의 영역에서 상기 샤프트의 외경보다 약간 더 작다. 특히, 상기 구멍-형성 부분에 의해 형성된 구멍의 직경은 상기 외경보다 대략 3% 내지 10% 사이로 더 작다. 이 때문에, 상기 홀딩 부분은 실제로 축방향 압력하에서 생성된 구멍 내부로 밀어 넣어지지만, 형성된 구멍 내에서 상기 환형 돌출부들의 확실한 유지가 성취된다. 여기서, 상기 구멍-형성 부분에 의해 구멍이 형성된 후에, 형성된 구멍을 둘러싸는 재료는 매우 뜨거우며 심지어 적어도 부분적으로 용융되거나 또는 적어도 페이스트 상태가 된다는 것을 고려하여야 한다. 이 때문에, 상기 환형 돌출부들을 가진 상기 홀딩 부분은 작은 축방향 힘을 사용하여 밀어 넣어질 수 있다. 여기서, 상기 축방향 힘은, 상호 적층된 가공대상물들이 휘어지거나 또는 변형되는 위험이 없는 정도의 작은 크기로 선택될 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 따른 상기 연결 요소를 사용하여, 경금속 시트들의 비교적 큰 변형에 대한 걱정 없이, 경금속 시트들(sheets)을 서로 연결할 수 있다. 이는, 예를 들어, 단지 연결될 가공대상물들을 축방향으로 관통하도록 발사되는 못과 비교하여 본 발명에 따른 상기 연결 요소의 결정적인 이점이다. 상기 홀딩 부분이 상기 구멍-형성 부분에 의해 형성된 구멍 내부로 밀어 넣어질 때, 상기 구멍 주위의 재료는 상기 환형 돌출부들 사이의 중간 공간들 내부로 흐를 수 있다. 그러나, 냉각 중에 상기 구멍은 적어도 수축되며, 이에 따라 상기 환형 돌출부들의 신뢰성 있는 고정(anchoring)이 보장된다. 상기 쌍의 두 개의 환형 돌출부들 사이의 간격이 원주를 따라서 상이한 크기이거나, 또는 상기 쌍의 환형 돌출부들의 두 개의 환형 돌출부들이 상호간에 평행하게 그리고 길이 방향의 축에 대해 적어도 부분적으로 비스듬하게 배치되기 때문에, 상기 연결 요소가 형성된 구멍 내부로 완전히 밀어 넣어진 후에 상기 연결 요소를 비틀면 상기 연결 요소의 로킹(locking)이 성취될 수 있다. 이 때문에, 상기 연결 요소의 나사 풀림에 대한 저항이 증가하게 되고, 두 개의 가공대상물들 사이의 상호 바이어스(mutual bias)도 성취될 수 있다. 플로우 드릴링 나사(flow drilling screw)와 비교해서 상당히 짧은 연결 시간이 성취될 수 있다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 구멍-형성 부분의 최대 외경은 상기 환형 돌출부들 사이의 상기 샤프트의 코어 직경보다 더 크다.
따라서, 상기 구멍-형성 부분에 의해 형성된 상기 구멍의 직경은, 상기 환형 돌출부들 사이의 상기 샤프트의 코어 직경과 상기 환형 돌출부들의 외경 사이에 있다. 이 때문에, 형성된 구멍 내에서 상기 환형 돌출부들의 확실한 유지가 성취될 수 있으며, 또한 상기 구멍 주위의 가열된 재료가 상기 환형 돌출부들 사이로 흐를 수 있거나, 또는 적어도 냉각 중에 상기 환형 돌출부들과 상기 연결 요소의 신뢰성 있는 유지가 성취되는 정도로 상기 구멍이 수축될 수 있다.
본 발명의 개선에 있어서, 일정한 외경을 가진 가속 영역(acceleration region)이 상기 구멍-형성 부분의 헤드측 단부(head-side end)와 상기 홀딩 부분의 시작부(commencement) 사이에 배치되며, 상기 가속 영역의 외경은 상기 구멍-형성 부분의 최대 외경보다 더 작다.
상기 구멍-형성 부분에 의해 구멍을 형성한 후에, 볼트에 가해지는 축방향 압력의 결과로서, 이러한 가속 영역에 의하여, 상기 볼트는 두 개의 가공대상물들에 대하여 축 방향으로 가속된다. 상기 환형 돌출부들을 가진 홀딩 부분이 형성된 구멍의 벽에 접촉하게 될 때, 상기 볼트는 이미 빠르거나, 또는 상기 환형 돌출부들을 가진 홀딩 부분이, 상기 연결-요소 헤드의 하측이 상부 가공대상물의 상측에 지탱될 때까지, 형성된 구멍 내부로 매우 빠르게 밀어 넣어질 수 있도록 하는 큰 충격량(impulse)을 가진다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 가속 영역의 외경은 상기 환형 돌출부들 사이의 상기 샤프트의 코어 직경보다 크거나, 또는 크기가 동일하다.
상기 가속 영역의 외경의 면에서 상기 가속 영역이 상기 구멍-형성 부분에 의해 형성된 구멍의 내경보다 더 작은 것은 결정적이다. 선택적으로 상기 연결 요소의 회전을 조합하여 축방향으로 밀어서 피팅(push-fitting) 하면, 상기 가속 영역이 구멍으로 들어갈 때 형성된 구멍과 상기 연결 요소 사이의 마찰은 매우 감소된다. 이 때문에, 상기 연결 요소는 축방향 압력에 의해 상기 구멍 내부로 가속된다. 여기서 상기 가속 영역은 상기 구멍-형성 부분의 최대 직경에서 이미 시작되며 상기 홀딩 부분의 시작부, 즉 제1 환형 돌기에서 끝난다. 상기 구멍-형성 부분의 최대 직경으로부터 진행하면서, 먼저 상기 샤프트의 직경이 상기 가속 영역의 실린더형 부분으로 전이되도록 감소될 수 있다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 가속 영역의, 특히 상기 가속 영역의 실린더형 부분의 길이는 상기 구멍-형성 부분의 길이의 20% 내지 50% 사이이며, 특히 30%이다.
상기 구멍-형성 부분의 길이와 상기 가속 영역의, 특히 상기 가속 영역의 실린더형 부분의 길이는 서로 연결될 가공대상물들의 두께에 맞추어진다. 상기 구멍-형성 부분의 길이의 20% 내지 50% 사이의, 특히 30%의 상기 가속 영역의 길이는, 가공대상물들에 대한 상기 연결 요소의 절절한 가속을 보장함으로써, 상기 연결-요소 헤드의 하측이 외부 가공대상물의 표면상에 지탱될 때까지 상기 홀딩 부분을 형성된 구멍 내부로 매우 빨리 밀어서 피팅할 수 있게 된다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 구멍-형성 부분은 그 자유단부에서 둥근 팁(tip)을 가진다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 구멍-형성 부분은, 적어도 그 자유단부의 영역 내에, 다각형의 단면을 가진다.
유리하게는 둥글게 형성된 상기 팁까지 계속된 이러한 다각형의 단면에 의해 구멍-형성 중에 구멍 뚫기 시간이 감소된다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 다각형의 단면은 둥근 코너들을 가진다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 다각형의 단면은 둥근 코너들을 가진 삼각형이 되도록 구성된다.
둥근 코너들을 가진 삼각형의 단면에 의해 구멍-형성 중에 특히 긍정적인 결과들이 달성되며, 상기 코너들은 볼록하게 만곡된 측부 에지들(lateral edges)에 의해 연결될 수 있다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 가속 영역은 원형의 단면을 가진다.
상기 구멍-형성 부분의 단면이 다각형임에도 불구하고, 상기 구멍-형성 부분에 의해 원형의 구멍이 생성된다. 상기 가속 영역이 상기 구멍 내부에 위치할 때, 상기 연결 요소와 상기 구멍의 벽 사이의 마찰이 가능한 한 감소되며, 따라서 상기 연결 요소는 가공대상물들에 관해 그리고 상기 구멍에 관해 가속된다. 이를 달성하기 위해서는, 상기 가속 영역의 원형 단면이 매우 적합하며, 이 경우에 상기 가속 영역의 외부 벽이 전체 둘레에서 상기 구멍의 벽으로부터 균일하게 이격되기 때문이다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 홀딩 부분은 원형의 단면을 가진다.
상기 홀딩 부분은, 상기 환형 돌출부들에 의해, 상기 구멍-형성 부분에 의해 형성된 상기 구멍의 벽과 맞물리도록 제공된다. 여기서, 상기 홀딩 부분의 원형의 단면이 유리하며, 상기 홀딩 부분의 적어도 외주면이 유리하게는 원형이다.
본 발명의 목적은 또한 적어도 두 개의 가공대상물들을 연결하는 방법에 의해 성취되며, 상기 연결 방법에서, 상기 가공대상물들은 서로 겹쳐지게 배치되고, 본 발명에 따른 연결 요소(10)는 회전을 시작하며 상기 가공대상물들 중 외부 가공대상물의 위에 배치되고, 상기 연결-요소 헤드의 하측이 상기 연결-요소 헤드와 마주보는 외부 부품의 표면상에 지탱될 때까지 상기 연결 요소에 축방향 압력이 가해진다.
상기 연결 요소가 회전하기 시작하며 가공대상물들 중 외부 가공대상물의 위에 배치되므로, 상기 구멍-형성 부분의 자유단부는 외부 가공대상물과 접촉하는 상태가 된다. 상기 구멍-형성 부분의 회전에 의해, 가공대상물은 국부적으로 강하게 가열되며, 상기 구멍-형성 부분은 두 개의 가공대상물들 내에 통로(passage)를 가진 구멍을 형성한다. 이를 위해, 상기 구멍-형성 부분의 회전 외에, 상기 연결 요소에 작용하는 축방향 압력도 요구된다. 상기 축방향 압력은 상기 연결-요소 헤드의 하측이 상기 연결-요소 헤드와 마주보는 외부 부품의 표면상에 지탱될 때까지 유지된다. 여기에, 플로우 드릴링 나사와 비교하여 실질적인 차이점이 있다. 홀딩 부분에 나사가 마련된 플로우 드릴링 나사의 경우에, 나사가, 전형적으로 태핑(tapping) 나사가 상기 구멍-형성 부분에 의해 형성된 구멍의 벽에 맞물릴 때, 축방향 압력이 요구되지 않는다. 플로우 드릴링 나사의 단순한 회전을 통해, 플로우 드릴링 나사는 나사 헤드의 하측이 지탱될 때까지 구멍 내부로 들어온다. 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 연결 요소의 경우에, 상기 홀딩 부분에 나사부가 제공되지 않으며, 그래서 상기 연결 요소가 상기 구멍-형성 부분에 의해 형성된 구멍 내부에 가압-피팅되도록 하기 위해 축방향 압력이 유지되어야 한다. 본 발명에 따른 방법의 경우에, 축방향 가압-피팅(axial press-fitting)은 상기 연결 요소가 회전을 계속하는 중에 수행될 수 있다. 플로우 드릴링 나사와는 대조적으로, 본 발명에 따른 연결 요소와 본 발명에 따른 방법을 사용하면 연결을 수립하기 위해 요구되는 시간의 면에서 상당한 감소가 달성될 수 있다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 연결 요소는, 외부 부품의 표면상에 상기 연결-요소 헤드의 하측의 배치 시에, 계속하여 회전한다.
놀랍게도, 상기 연결 요소의 헤드가 외부 가공대상물 상에 지탱되고 있을 때, 상기 연결 요소가 추가적으로 회전하더라도, 상기 연결 요소의 유지력(retention force)이 추가적으로 저하되지 않는다는 것을 보여주었다. 특히, 상기 구멍의 벽의 찢어짐이 일어나지 않는다. 반면에, 플로우 드릴링 나사의 경우에는, 나사 헤드가 외부 가공대상물 상에 지탱되고 있을 때 회전을 멈추지 않으면, 구멍의 벽의 찢어짐이 항상 일어난다.
본 발명의 개선에 있어서, 외부 부품상에 상기 연결-요소 헤드의 하측의 배치 시에, 상기 연결 요소의 회전 운동의 회전 각도는 360˚보다 더 크다. 상기 연결-요소 헤드의 하측의 배치 시에, 그 결과 상기 연결 요소가 가공대상물 내에 간단하게 로킹(locking)된다. 이러한 로킹을 위해서는 단지 360˚보다 작은 회전이 요구될 수 있다. 놀랍게도, 상기 연결-요소 헤드의 배치 시에, 360˚보다 큰 각도의 회전은 상기 연결 요소의 매우 확실한 유지력을 초래한다. 상기 구멍-형성 부분에 의해 형성된 구멍의 벽, 또는 이 벽을 형성하는 재료는 강하게 가열되며, 상기 환형 돌출부들 사이의 내부 공간 내부로 흐르거나, 또는 페이스트 상태로 상기 환형 돌출부들 사이로 이동할 수 있다. 이는, 외부 부품상에 상기 연결-요소 헤드의 배치 시에, 상기 연결 요소의 추가적인 회전에 의해 지원될 수 있다. 형성된 구멍의 벽을 형성하는 재료의 강한 가열은 냉각 중에 구멍의 수축으로 이어진다. 이 때문에, 상기 연결 요소의 홀딩 부분은 형성된 구멍 내부에 용이하게 로킹 또는 블로킹(blockung)된다.
본 발명의 개선에 있어서, 상기 연결 요소는, 외부 가공대상물 상에 상기 연결-요소 헤드의 하측의 배치 시에, 상기 연결 요소의 회전이 감속되어 정지할 때까지 회전 운동을 수행하기 위해 더 이상 구동되지 않는다.
따라서 상기 연결 요소의 회전 구동은 상기 연결-요소 헤드의 배치 시에 꺼지며, 마찰에 의한 상기 연결 요소의 정지까지의 감속은 단순히 기다릴 수 있다.
본 발명의 개선에 있어서, 외부 부품 상에 상기 연결-요소 헤드의 하측의 배치 시에, 상기 연결 요소는 미리 결정된 각도로 계속 회전된다.
이렇게 하여, 상기 배치 시에 결정된 회전 운동이 수행될 수 있으며, 상기 회전 운동은 쉽게 360˚보다 큰 회전 각도를 가질 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징들과 이점들은 청구항들로부터 그리고 도면들과 함께 아래의 본 발명의 바람직한 실시예들의 설명으로부터 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 연결 요소의 측면도를 보여준다.
도 2는 도 1의 연결 요소의 길이 방향의 축과 평행한 단면도를 보여준다.
도 3은 도 1의 연결 요소의 가속 영역의 길이 방향의 축에 대해 직각인 단면도를 보여준다.
도 4는 도 1의 연결 요소의 구멍-형성 영역의 길이 방향의 축에 대해 직각인 단면도를 보여준다.
도 5는 도 1의 연결 요소의 부분 확대된 도면을 보여준다.
도 6은 도 1의 연결 요소의 부분 확대된 추가적인 도면을 보여준다.
도 7 내지 10은 본 발명에 따른 연결 요소를 통해 두 개의 가공대상물들을 연결할 때의 다양한 단계들을 보여준다.
도 1의 도면은 본 발명에 따른 연결 요소(10)를 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 보여준다. 상기 연결 요소(10)는, 연결-요소 헤드(12)와 샤프트(shaft)(14)를 가진다. 상기 연결-요소 헤드의 상측에는 구동부(drive configuration)(16)가 마련된다. 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 원형의 환형 홈(20)이 마련되며, 이는 상기 연결 요소(10)의 하측(18)이 외부 가공대상물 상에 지탱될 때 외부 가공대상물의 재료 굴착(material excavation)을 수용하기 위해 제공된다. 반경 방향 외측으로, 상기 연결 요소(10)의 길이 방향 축에 대해 직각으로 배치된 평평한 환형의 면(22)이 상기 환형 홈(20)에 인접해 있다. 상기 구동부(16)는, 상기 연결 요소(10)가 단지 하나의 회전 방향으로 구동되도록 할 수 있으며, 도 1에서 상기 연결-요소 헤드(12)에 아래쪽으로 작용하는 축방향 압력이 인가되도록 할 수 있다.
상기 샤프트(14)의 핵심적인 영역들은 도 1에서 꺾쇠 괄호들로 표시된다. 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)으로부터 진행하여, 먼저 다수의 환형 돌출부들(26, 28)을 가진 홀딩 부분(24)이 배치된다. 상기 홀딩 부분(24) 다음에 가속 영역(acceleration region)(30)이 뒤따르며, 상기 가속 영역(30)은, 실린더형 부분을 가지고, 꺾쇠 괄호의 길이로 보여지는 바와 같이, 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)으로부터 가장 멀리 있는 환형 돌출부(26)로부터 구멍-형성 부분(32)의 시작부(commencement)까지 연장된다. 이 때문에, 상기 가속 영역도 또 다른 확장 영역(expanding region)을 가지며, 이 확장 영역에서, 상기 가속 영역(30)의 외경은, 상기 실린더형 영역 내의 일정한 외경으로부터 상기 구멍-형성 부분(32)의 최대 외경까지 증가한다.
상기 구멍-형성 부분(32)은 상기 샤프트(14)의 자유단부쪽 방향으로 점점 가늘어지며 둥근 팁(tip)(34)에서 끝난다.
도 4는 상기 구멍-형성 부분을 관통하는 단면을 보여주며, 상기 단면은 상기 연결 요소(10)의 중심의 길이 방향 축에 대해 직각으로 연장된다. 상기 구멍-형성 부분(32)은 둥근 코너들을 가진 삼각형의 형상으로 다각형의 단면을 가진다. 상기 둥근 코너들은 각각 약간 볼록하게 만곡된 측부 에지들(lateral edges)에 의해 서로 연결된다. 상기 구멍-형성 부분(32)은 상기 팁(34)까지 전체 길이에 걸쳐 이러한 다각형 단면을 가진다.
도 3은 상기 가속 영역(30)의 실린더형 부분에서 상기 연결 요소(10)의 중심의 길이 방향 축에 대해 직각인 단면을 보여준다. 상기 연결 요소(10)는 상기 실린더형 가속 영역(30)에서 원형의 단면을 가진다.
상기 샤프트(14)의 단면도 상기 홀딩 부분(24)에서 원형이다.
도 5의 확대된 도면은 단지 상기 구멍-형성 부분(32), 상기 가속 영역(30), 및 상기 홀딩 부분(24)의 일부를 확대된 도면으로 보여준다.
상기 구멍-형성 부분(32)의 최대 외경은 상기 구멍-형성 부분(32)의 헤드측 단부(head-side end)에 위치해 있으며, 참조 번호 A로 식별된다. 상기 가속 영역(30)의 실린더형 영역에서의 직경은 B로 식별된다. 상기 환형 돌출부들(26, 28)의 최대 외경은 C로 식별된다. 상기 환형 돌출부들(26, 28)의 외경들은 동일한 크기이며, 그래서 상기 홀딩 부분(24)은 실린더형 포락선(envelope)을 가진다. 상기 홀딩 부분(24)의 코어 직경은 E로 식별된다.
도 5의 확대된 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 두 개의 환형 돌출부들(26, 28)은 항상 하나의 쌍을 형성한다. 상기 환형 돌출부(28)의 외경은 실제로 상기 환형 돌출부(26)의 외경과 동일하게 크기가 부여된다. 그러나, 상기 연결 요소(10)의 길이 방향으로 두 개의 환형 돌출부들(26, 28) 사이의 간격(spacing)은 원주를 따라서 변하는 크기이며, 도 5의 도면에서 우측으로부터 좌측으로 가면서 증가한다. 따라서, 상기 환형 돌출부(28)는 상기 연결 요소(10)의 길이 방향 축에 대해 비스듬하게 배치되며, 반면에 상기 환형 돌출부(26)는 상기 길이 방향 축에 대해 직각으로 연장된다.
대체 가능한 예에 있어서, 도시되지 않은 방식으로, 상기 환형 돌출부들(26, 28)은 상호간에 평행하도록 배치될 수도 있으며, 이 경우에 상기 두 개의 환형 돌출부들은 상기 샤프트의 길이 방향 축에 대해 직각으로 연장된 평면 내에 완전히 배치되지는 않으며, 따라서, 예를 들어, 상기 길이 방향 축에 대해 비스듬하게 배치된다.
상기 환형 돌출부들(26, 28)의 가능성 있는 설계 실시예의 면에서, 동일한 출원인에 의해 출원된 심사되지 않은 첫째 국제 공개 WO 2015/022124 A1이 참조되며, 그 개시된 내용은 전체가 여기에 참조로 통합된다. 이렇게 하여, 상기 환형 돌출부들은 단지 부분적으로 길이 방향 축에 대해 비스듬하게 연장될 수 있다.
상기 가속 영역(30)의 시작부 앞에, 길이 방향으로 보았을 때 세 개의 환형 돌출부들(26)이 연속적으로 배치되며, 이들은 모두 상호간에 평행한 방식으로 연장된다.
도 1에는 상기 홀딩 부분(24) 내에 모두 세 쌍의 환형 돌출부들(26, 28)이 연속적으로 배치된 것으로 도시되어 있다. 이들 다음에, 길이 방향 축에 대해 직각으로 연장된 세 개의 환형 돌출부들(26)이 뒤따르고, 그 다음에 상기 가속 영역(30)이 시작된다.
상기 가속 영역(30)의 실린더형 부분은 마지막 환형 돌출부(26) 뒤에서 시작된다. 상기 실린더형 부분은 외경(B)을 가진다. 상기 실린더형 부분의 끝단부 뒤에서 상기 가속 영역(30)의 외경은, 상기 가속 영역(30)이 최대 직경(A)에서 상기 구멍-형성 부분(32)으로 전이될 때까지 증가한다. 상기 구멍-형성 부분(32)은 그 다음에 상기 둥근 팁(34)까지 연속적으로 점점 가늘어진다.
도시된 실시예의 경우에, 상기 구멍-형성 부분(32)의 최대 직경(A)은 상기 환형 돌출부들(26, 28)의 최대 외경(C)보다 5% 더 작다. 본 발명의 맥락에서, 상기 최대 외경(A)은 상기 최대 외경(C)보다 3% 내지 10% 사이로 더 작을 수 있다.
도시된 실시예에서, 상기 가속 영역(30)의 실린더형 부분에서의 외경(B)은 상기 홀딩 부분(24) 내의 상기 샤프트(14)의 코어 직경(D)과 일치한다. 상기 구멍-형성 부분(32)의 최대 외경(A)은 상기 가속 영역(30)의 실린더형 부분에서의 직경(B)보다 더 크며, 또한 상기 홀딩 부분(24)의 코어 직경(D)보다 더 크다. 상기 구멍-형성 부분(32)의 최대 외경과, 따라서 서로 겹쳐지게 놓인 가공대상물들 내에 생성되는 구멍의 직경은, 상기 환형 돌출부들(26, 28)의 외경(C)과 상기 홀딩 부분의 코어 직경(D) 또는 상기 가속 영역(30)의 실린더형 부분의 외경(B) 사이에 있다.
도 6의 도면은 도 5에 이미 도시된 도 1의 연결 요소(10)의 부분을 보여준다. 도 6은 상기 구멍-형성 부분(32)과 상기 가속 영역(30) 사이의 길이 비율을 도시하기 위해 사용된다. 상기 구멍-형성 부분(32)은, 상기 둥근 팁(34)으로부터 최대 직경(A)까지, 길이(E)를 가진다. 상기 가속 영역(30)은, 동시에 상기 구멍-형성 영역(32)의 단부를 형성하는 상기 구멍-형성 영역(32)의 최대 직경(A)으로부터 상기 제1 환형 돌출부(26)의 베이스까지, 길이(F)를 가진다. 본 발명에 따른 연결 요소의 경우에, 상기 가속 영역(30)의 길이(F)는 상기 구멍-형성 부분(32)의 길이(E)의 20% 내지 50%의 사이에 있다. 도시된 실시예에서, 상기 가속 영역(30)의 길이(F)는 상기 구멍-형성 부분(32)의 길이(E)의 대략 30%이다.
도 6을 통해 설명된 길이 비율과 도 5를 통해 설명된 직경 비율은, 두 개의 가공대상물들을 본 발명에 따른 연결 요소를 통해 연결할 때 현저한 결과를 내놓는다. 구멍의 형성 중에 또한 상기 홀딩 부분(24)을 축방향으로 밀어서 피팅할(push-fitting) 때, 특히 매우 짧은 사이클 시간이 걸릴 수 있다. 전체적으로, 플로우 드릴링 나사들(flow drilling screws) 또는 다른 연결 요소들과 비교하여 사이클 시간이 50%까지 감소될 수 있다. 본 발명에 따른 연결 요소(10)와 본 발명에 따른 방법은, 예를 들어, 알루미늄 패널들을 강재 패널들에 연결하기 위해 또는 두 개의 알루미늄 패널들을 연결하기 위해 사용된다. 또한, 상기 연결 요소(10)는 단지, 두 개의 가공대상물들이 접착제로 본딩될 때 접착제가 경화될 때까지 상기 가공대상물들을 함께 가압하는 역할을 할 수도 있다.
도 7 내지 10의 도면들은 본 발명에 따른 방법을 수행할 때 다양한 방법의 단계들을 보여준다. 각각의 경우에 상기 연결 요소(10)의 도시는 개략적이다. 또한, 서로 연결될 두 개의 가공대상물들(40, 42)은 연결 과정 중에, 도 7 내지 10의 배치에 근거하여 추정될 수 있는 것과는 반대로 움직일 수 없도록 그리고 동일한 높이로 유지된다.
도 7은 본 발명에 따른 방법에서의 단계를 보여주며, 이 단계에서 상기 연결 요소(10)는 회전을 시작하며, 추가적으로 이미 두 개의 가공대상물들(40, 42)을 뚫고 들어간 상기 구멍-형성 부분(32)의 팁(34)을 통해 두 개의 가공대상물들(40, 42)의 방향으로 축방향 압력(P)의 영향을 받는다. 도 7에서 상기 구멍-형성 영역(32)의 최대 직경(A)은 대략 외부 가공대상물(40)의 표면과 같은 높이가 되도록 놓이게 된다.
도 8을 보면, 그 다음에 상기 연결 요소(10)는 더 회전되며, 축방향 압력(P)의 영향을 계속 받는다. 여기서 축방향 압력(P)은 시간적인 면에서 일정할 필요는 없다. 상기 구멍-형성 부분(32)은 하부 가공대상물(42) 내에 구멍과 통로(44)를 형성한다. 상기 가속 영역(30)은 이제 상기 구멍 또는 통로(44)의 영역 내에 각각 위치한다. 상기 구멍-형성 영역(32)의 단부에서의 최대 외경(A)과 비교하여 감소된 상기 가속 영역(30) 내의 직경(B)에 의해, 상기 연결 요소(10)는 상기 축방향 압력(P)에 대해 더 강하게 굴복될 수 있으며, 따라서 상기 두 개의 가공대상물들(40, 42)을 향하는 방향으로 가속될 수 있다.
이는, 상기 연결 요소(10)가 상기 구멍-형성 부분(32)에 의해 구성된 가공대상물들(40, 42) 내의 구멍 내부로 축방향 가압-피팅(fitting)되는 것을 용이하게 한다. 도 9를 참조하면, 축방향 압력(P)이 계속해서 유지되고 상기 회전도 마찬가지로 계속 유지됨으로써, 상기 홀딩 부분(24)은 상기 환형 돌출부들을 통해 가공대상물들(40, 42) 내에 형성된 구멍을 뚫고 들어간다.
도 10을 참조하면, 두 개의 가공대상물들(40, 42) 내부로의 침투는 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측이 상기 헤드와 마주보는 외부 가공대상물(40)의 표면상에 지탱될 때까지 수행된다. 도 10의 위치에서, 상기 연결 요소(10)의 추가 회전이 본 발명에 따른 방법에 따라서 수행된다. 이 회전은, 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측이 배치되었을 때, 360˚보다 큰 각도에 걸쳐 수행될 수 있다. 본 발명의 맥락 내에서, 상기 연결 요소(10)의 회전 구동(도 7 내지 10에 도시되지 않음)은 정지되거나 또는 상기 연결 요소(10)가 계속해서 구동된다. 도 10의 위치에서 상기 연결 요소(10)가 계속 회전하는 동안, 가공대상물들(40, 42) 내에 구멍을 형성하는 재료는 상기 홀딩 부분(24)의 환형 돌출부들(26, 28) 사이로 흐르거나, 또는 상기 환형 돌출부들(26, 28) 사이의 중간 공간들 내부로 이동할 수 있다. 이는 가열된 재료의 실제 흐름 운동에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 가공대상물들(40, 42) 내에 구멍을 형성하는 재료가 스스로 냉각되기 때문에, 상기 구멍의 직경도 감소하고, 상기 구멍의 벽과 상기 홀딩 부분(24)의 환형 돌출부들(26, 28) 사이의 맞물림이 발생한다.
이 때문에, 본 발명에 따른 연결 요소(10)를 사용하여 그리고 본 발명에 따른 설명된 방법을 사용하여 두 개의 가공대상물들(40, 42)을 연결할 때, 극히 짧은 사이클 시간이 달성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 가공대상물들(40, 42)의 서로 마주보는 표면들은 접착제로 코팅될 수 있으며, 상기 연결 요소(10)는 두 개의 가공대상물들(40, 42)을 추가적으로 서로 고정시키는 역할과 상기 접착제가 경화될 때까지 상기 가공대상물들(40, 42)을 서로 압착된 상태로 홀딩하는 역할을 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 적어도 두 개의 가공대상물들(workpieces)을 서로 연결하는 연결 요소(10)로서,
    - 샤프트(14);
    - 상기 샤프트(14)의 일단부에서, 반경 방향으로 상기 샤프트(14)의 외측을 지나서 돌출되는 연결-요소 헤드(12);
    - 상기 연결-요소 헤드(12) 상의 구동부(drive configuration)를 가지며,
    - 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)으로부터 나오는 상기 샤프트(14)의 홀딩 부분(24) 내에 적어도 한 쌍의 폐쇄된 환형 돌출부들(26, 28)이 배치되고,
    - 상기 환형 돌출부들 중 적어도 하나의 환형 돌출부(28)는 상기 샤프트(14)의 길이 방향 축에 대해 직각으로 연장된 평면 내에 완전히 배치되지는 않으며;
    - 상기 쌍의 두 개의 환형 돌출부들(26, 28) 사이의 간격은 원주를 따라서 상이한 크기이거나, 또는 상기 쌍의 환형 돌출부들의 두 개의 환형 돌출부들은 상호간에 평행하게 배치되고;
    - 상기 샤프트의 전단부는 테이퍼형 구멍-형성 부분(tapered hole-forming portion)(32)으로서 구성되며,
    상기 구멍-형성 부분(32)의 최대 외경은 상기 환형 돌출부들(26, 28)의 최대 외경보다 3% 내지 10% 사이로 더 작으며, 특히 5% 더 작은 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구멍-형성 부분(32)의 최대 외경(A)은 상기 환형 돌출부들(26, 28) 사이의 상기 샤프트(14)의 코어 직경(D)보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  3. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 부분적으로 일정한 외경(B)을 가진 가속 영역(acceleration region)(30)이 상기 구멍-형성 부분(32)의 헤드측 단부(head-side end)와 상기 홀딩 부분(24)의 시작부(commencement) 사이에 배치되며, 상기 가속 영역(30)의 외경(B)은 상기 구멍-형성 부분(32)의 최대 외경(A)보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가속 영역(30)의 외경(B)은 상기 환형 돌출부들(26, 28) 사이의 상기 샤프트(14)의 코어 직경(D)보다 크거나 또는 상기 환형 돌출부들(26, 28) 사이의 상기 샤프트(14)의 코어 직경(D)과 크기가 동일한 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 가속 영역(30)의 길이(F)는, 특히 상기 가속 영역(30)의 일정한 직경을 가진 부분의 길이는 상기 구멍-형성 부분(32)의 길이(E)의 20% 내지 50% 사이이며, 특히 30%인 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  6. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구멍 형성 부분(32)은 그 자유단부에서 둥근 팁(tip)(34)을 가지는 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  7. 전기한 항들 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 구멍-형성 부분(32)은, 적어도 그 자유단부의 영역 내에, 다각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 다각형의 단면은 둥근 코너들을 가지는 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 다각형의 단면은 둥근 코너들을 가진 삼각형이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  10. 전기한 항들 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 가속 영역(30)은 원형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  11. 전기한 항들 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 홀딩 부분(24)은 원형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 연결 요소.
  12. 적어도 두 개의 가공대상물들(40, 42)을 연결하는 방법으로서,
    상기 가공대상물들(40, 42)은 서로 겹쳐지게 배치되고, 전기한 항들 중 적어도 한 항에 따른 연결 요소(10)는 회전을 시작하며 상기 가공대상물들 중 외부 가공대상물(40)의 위에 배치되고, 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)이 상기 연결-요소 헤드(12)와 마주보는 외부 부품(40)의 표면상에 지탱될 때까지 상기 연결 요소(10)에 축방향 압력(P)이 가해지는, 연결 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 연결 요소(10)는, 외부 가공대상물(40)의 표면상에 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)의 배치 시에, 계속하여 회전하는 것을 특징으로 하는, 연결 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    외부 가공대상물(40) 상에 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)의 배치 시에, 상기 연결 요소(10)의 회전 운동의 회전 각도는 360˚보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 연결 방법.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)의 배치 시에, 상기 연결 요소(10)는, 상기 연결 요소(10)의 회전이 감속되어 정지할 때까지 회전 운동을 수행하기 위해 더 이상 구동되지 않는 것을 특징으로 하는, 연결 방법.
  16. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    외부 가공대상물(40) 상에 상기 연결-요소 헤드(12)의 하측(18)의 배치 시에, 상기 연결 요소(10)는 대략 미리 결정된 각도로 계속 회전되는 것을 특징으로 하는, 연결 방법.
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