TWI546459B - 固定系統 - Google Patents

Description

固定系統

本發明係有關於一種固定系統，包括鑽頭及套筒狀固定元件，該固定元件具有切削邊及衝擊面且在鑽孔工作結束後留在鑽孔內，該鑽頭則被移除。可透過該衝擊面對該固定元件施加軸向作用力。該固定元件具有一設有內螺紋的軸向通孔，該鑽頭穿過該通孔。

同類型固定元件請參閱DE 196 20 955 A1。此類固定系統可在一個步驟內開設容置孔並將固定元件送入並錨定於該容置孔內。如此可大幅簡化固定元件之安裝工作。然而由於固定元件自身亦參與鑽孔成型過程，其螺紋遂有可能被鑽屑或鑽頭損傷。

本發明之目的在於以簡單方式改良上述固定系統，使得該固定元件之安裝更為順利。

本發明用以達成該目的之解決方案為設有用於該內螺紋之獨立螺紋保護件。藉此可防止易損內螺紋受損，設計固定系統及產生鑽孔時不必採取特別的螺紋保護措施。

該螺紋保護件例如為一塑膠套筒。該螺紋保護件較佳以可分離的方式與固定元件連接且較佳不必使用任何工具便能完好無損地與螺紋分離。

該螺紋保護件可具有一用於將該螺紋保護件緊固於該通孔內的緊固結構。舉例而言，可將螺紋保護件夾緊在通孔中。構成該螺紋保護件之套筒可在預應力作用下貼靠於內螺紋。該套筒可採用開縫設計，以便能更容易地產生預應力。可在套筒一端設置徑向凸翼，該等凸翼例如位於該衝擊面上方，能產生軸向緊固效果。該套筒亦可在一軸向末端具有一或多個可將該套筒夾緊在內螺紋上的夾板。該緊固結構亦可採用其他的合適設計。

該螺紋保護件較佳設計為，從該鑽孔中移除該鑽頭時可從該固定元件中移除該螺紋保護件。如此便不必再藉由單獨的加工步驟來移除螺紋保護件。此外亦能避免螺紋保護件被遺忘在固定元件內。

該螺紋保護件亦可實施為覆蓋該內螺紋的黏稠脂層或蠟層。此種螺紋保護件留在螺紋上，其材料在擰入螺釘的過程中被擠出螺紋。

實施為上述套筒的該螺紋保護件亦可留在該固定元件中並在擰入螺釘的過程中向下被擠出該固定元件。

該固定元件就旋轉運動而言較佳與該鑽頭去耦合，亦即，該固定元件僅受軸向驅動。

為達此目的，該鑽頭可具有與該固定元件之衝擊面配合作用的第二衝擊面，該第二衝擊面用以傳遞軸向力。藉此可對鑽頭進行軸向及切向驅動，其中，固定元件之衝擊面與鑽頭之衝擊面沿旋轉方向發生滑動接觸。

根據本發明的較佳實施方式，該固定元件的側面在與 該切削邊鄰接處截面縮小，從而在該切削邊與該側面之間形成一後角。事實證明，藉由後角之設置能改善切削效果。

該後角特定言之介於1°與20°之間，較佳介於3°與8°之間。該截面縮小較佳從與切削邊直接鄰接處開始，相對於切削邊處的直徑較佳縮小1.5%至5%，縮小量較佳大於等於0.1 mm。

該切削邊特定言之採用環形設計。該切削邊可全部位於一個平面內，抑或至少部分偏離該平面。

根據本發明另一較佳實施方式，該固定元件之側面具有一用於將該固定元件緊固於該鑽孔內的幾何固定結構。藉此可在一定負荷下將施加於固定元件之作用力與轉矩更好地導入基底。該幾何固定結構之起點較佳位於形成上述後角的截面縮小區之後且緊貼於該截面縮小區，其延伸幅度最高可占固定元件剩餘側面的三分之二。該幾何固定結構之延伸範圍亦可覆蓋固定元件的整個軸向長度。

可採用習知的幾何固定結構，其中除幾何設計外亦可利用脹緊機制，例如錐形脹緊套原理。亦可使用化學錨件如注入灰漿，以便在固定元件側面與鑽孔內側之間建立穩定連接。

如DE 197 43 027 A1所揭露的錘用螺旋錨件(Hammer-Twist-Anchor)即為一種可行的幾何固定結構。此種螺旋狀幾何固定結構在基底材料中所產生之底切切口亦呈螺旋狀，具有良好固定效果。此種幾何結構較佳可與環形切削邊及上述後角結合使用。

根據本發明另一較佳實施方式，設有一中間件，該中間件沿軸向與該固定元件之衝擊面鄰接並且可與該固定元件分離。該中間件較佳採用可連同該鑽頭一起與該固定元件分離並從已製成鑽孔中抽出的佈置方式。

該中間件較佳具有可將軸向力從該鑽頭或鑽機驅動裝置傳遞給該固定元件的軸向前部衝擊面及軸向後部衝擊面。

該中間件與該固定元件可就旋轉運動而言彼此去耦合抑或沿周向彼此相連，從而實現轉矩支承，達到在該等部件之間傳遞轉矩之目的，以防止固定元件發生旋轉。

在使用中間件之情況下，該螺紋保護件較佳固定在該中間件上，以方便二者之同時移除。

為了從鑽孔中移除鑽屑與鑽粉，較佳設有自該通孔出發的排屑口，該等排屑口佈置在該固定元件及/或該中間件上。該等排屑口可實施為徑向孔。

該鑽頭較佳具有沿軸向突出於該固定元件之外的鑽尖並藉此產生導孔，其中，該鑽尖較佳專門與該基底相匹配。

該鑽尖可與鑽頭固接，製成鑽孔後隨鑽頭一併移除。該鑽尖亦可採用可與鑽頭分離之設計，例如在軸向拉力作用下與鑽頭分離，從而留在鑽孔內。相關內容請參閱DE 196 20 955 A1。

根據另一較佳實施方式，該鑽頭在鑽桿區域內具有衝擊去耦裝置及/或衝擊吸收裝置。用鑽頭加工木材等韌性基底時，此方案能避免衝擊能導入鑽尖，從而達到延長鑽尖 壽命之目的。

該衝擊去耦裝置可整合於該鑽桿中，具體做法為鑽桿部分區域採用彈性設計，亦可在鑽尖前方設置獨立彈性部件作為吸收元件。兩種情況下，驅動設備皆會施加軸向脈衝形式之軸向力及連續旋轉運動或切向脈衝形式之旋轉力。然其中的軸向脈衝會被該彈性區段或吸收元件削弱，使得鑽尖大體僅做旋轉運動，而不做軸向脈衝運動。

下文將參照附圖藉由若干實施例對本發明進行詳細說明。

圖1為包括鑽頭12的固定系統10，該鑽頭具有鑽桿14及鑽尖16。鑽桿14上部形成帶衝擊面20的徑向凸肩18，此衝擊面指向鑽尖16且大體平直。

衝擊面20下方設有同軸包圍鑽桿14的套筒狀固定元件22，該固定元件具有大體平直且靠近凸肩18之衝擊面20佈置的衝擊面24。兩衝擊面垂直於軸向A，最大偏差為3°。

固定元件22在其遠離衝擊面24的軸向末端具有儘可能鋒利的切削邊26。切削邊26沿徑向向內與前部挖掘面27連接，該挖掘面用於挖掘基底材料。

固定元件22由一材料構成，其中，至少衝擊面24、挖掘面27及切削邊26的硬度及/或韌度至少在若干點上超過基底46。較佳採用挖掘混凝土時至少能在挖掘面27區域內 達到45 HRC以上之硬度的可硬化合金鋼作為材料。

切削邊26採用環形設計，但不必整個切削邊26皆位於同一平面內。圖9至圖11為切削邊26之實施例。其分別用元件符號26a至26c表示。但亦可採用任何一種合適的其他構型。

在鑽頭12之凸肩18的衝擊面20與固定元件22的衝擊面24之間設有套筒型中間件28，詳情見圖7及圖8。中間件28具有軸向上部衝擊面30及軸向下部衝擊面32，其中，上部衝擊面30與鑽頭12之衝擊面20配合作用，下部衝擊面32與固定元件22之衝擊面24配合作用。

固定元件22具有中央通孔34，該中央通孔對準中間件28之中央通孔36。中間件28具有兩徑向排屑口40，此二排屑口與通孔36連通，用於排出鑽屑與鑽粉。排屑口40靠近固定元件22佈置，以便將排屑距離縮至最短。

中間件28及固定元件22上皆可設置排屑口40。

設有衝擊面32的軸向下緣具有用於與固定元件22進行轉矩耦合的軸向突出結構41。

與鑽頭12之衝擊面20配合作用的衝擊面30則採用平整設計，在此情況下，鑽頭12僅能傳遞軸向力，無法傳遞切向力。

中間件28可實施為非固定獨立部件，但亦可與鑽頭12連接。

衝擊面24、30在中間件與固定元件22間之理想角度亦為3°。

中間件28之截面略小於固定元件22之截面，至少小0.2 mm，即固定元件22直徑的1.5%至5%。

構成中間件28之材料的硬度和/或韌度超過固定元件22的材料。在此採用挖掘混凝土時至少能在衝擊面30、32區域內達到48 HRC以上之硬度的可硬化合金鋼作為材料。

鑽尖16上有一小段沿軸向A突出於固定元件22的切削邊26之外。鑽尖16突出在固定元件22之切削邊26以外的部分在此大體等於固定元件22與鑽孔之直徑差。該突出部分亦可大於此直徑差。

固定元件22可與鑽頭12及中間件28分離且具有內螺紋42(圖中僅作示意性表示)。

內螺紋42被螺紋保護件43覆蓋。

螺紋保護件43的實施例參見圖3至圖6。

圖3所示之螺紋保護件43a具有塑膠成型套筒48，該套筒具有一連續縱縫作為緊固結構50，套筒48可在預應力作用下貼靠於內螺紋42。套筒48的軸向上端設有兩徑向凸翼作為其他緊固結構52，該等緊固結構位於衝擊面24上方，用於將螺紋保護件43a緊固在中間件28或鑽頭12之凸肩18上。

圖4所示的螺紋保護件43b結構較為簡單。僅設一個開縫套筒48，其延伸度大約僅覆蓋固定元件22的三分之二長度。向內螺紋42中擰入螺釘時，螺紋保護件43b會向下被推離螺紋。

在圖5所示的螺紋保護件方案43c中，同樣開設有縫隙 的套筒48在其軸向上端沿徑向向內翻折以產生緊固結構52。

圖6為螺紋保護件43d的最後一種實施例，其套筒48的上端設有數圈如傳統橡膠塞中所採用的輕微外凸夾緊條作為緊固結構52。亦可設置縱縫。然而，上述任何一種螺紋保護件43a至43d皆可不設縱縫。

螺紋保護件43亦可採用其他任何一種合適的實施方式。下文將要描述的實施方式雖未明確示出螺紋保護件43，但亦可採用上述螺紋保護件43。

固定系統10與驅動設備(例如鑽機，未示)連接以便將固定元件22裝入鑽孔。鑽頭12具有用於連接驅動設備的刀座64。驅動設備用軸向及切向脈衝或旋轉運動驅動鑽頭12。鑽尖16在基底46中鑽出導孔44，再由固定元件22或該固定元件之切削邊26及挖掘面27為該導孔擴徑。鑽孔一旦達到預期深度，遂將鑽頭12及中間件28退出，固定元件22則留在鑽孔內。

螺紋保護件43可採用如下設計：固定元件22完成安裝後，螺紋保護件可隨鑽頭12或中間件28一同向上自動離開鑽孔；抑或在向內螺紋42中擰入螺釘時，螺紋保護件向下被壓入導孔44，抑或作為黏稠的脂或蠟被擠出內螺紋42。

隨後，固定元件22之內螺紋42便可用於將待固定物體錨定在鑽孔中。固定元件22可向基底46中導入常規銷釘量級之負荷。

上述各實施方式所提及之全部特徵與方案皆可相互組合，自由替換，具體由熟習該項技術者定奪。

圖12為固定元件222之第二實施方式。

此實施例中未設中間件，排屑口40直接形成於固定元件之軸向上部區域。

軸向下端採用如下設計：固定元件222與環形切削邊246直接相接的外截面縮小。由此產生一後角α，此後角相對於固定元件222之側面255約為1°至20°，較佳介於3°與8°之間。該截面縮小措施使固定元件222之截面縮小0.1 mm以上，理想情況下相對於固定元件222之中間區段縮小1.5%至5%。可根據截面縮小量以及側面255相對於軸向A的傾斜角度用幾何方法得出該後角之長度，此長度最大可達固定元件222之軸向長度的三分之一。

切削邊246沿徑向向內與用於挖掘基底材料的前部挖掘面227連接，該挖掘面與固定元件222之側面255成一定角度定向，該角度可介於10°與120°之間，較佳介於20°與80°之間。

固定元件222與鑽頭12之衝擊面20相接觸的衝擊面24與第一實施例一樣大體水平定向，其角度偏差最大可達3°。

固定元件222之側面255的截面在此呈圓形，與通孔34同心佈置。亦可採用非圓形截面，例如方形截面。該截面可在固定元件之軸向延伸範圍內發生變化(見圖15)。舉例而言，該側面可採用沿軸向形成若干偏移一定角度之方 形截面的形狀。此類截面形狀可用來實現固定元件的轉矩支承。

本實施例之固定元件222完成安裝後仍將突出於基底46的上緣之外。故此，排屑口40直接設在固定元件222上。若固定元件完成安裝後位於基底46的表面下方，如第一實施方式所描述之固定元件22，則較佳使用獨立的中間件28並將排屑口40設於該中間件上。

為能在一定負荷下將作用力與轉矩更好地導入基底46，本實施例之固定元件222在其側面255區域內具有幾何固定結構。

該幾何固定結構之延伸幅度可覆蓋固定元件222的整個軸向長度，或僅覆蓋其中一部分。

在圖12所示的實施例中，上述幾何固定結構實施為脹緊套258，該脹緊套套在固定元件222上側面255大體具有穩定外徑的區域內。側面255與切削邊226所形成之後角α未被脹緊套258覆蓋或僅被覆蓋一小部分。

若固定元件222具有錐形脹緊套，則較佳採用等於一半錐角的後角α。在此情況下，錐形側面255具有兩項功能，其一為產生後角α以改善基底46之加工效果，其二則起到脹緊元件的作用，即將固定元件222更好地錨定於基底46中。

唯當固定元件222被緊固於基底46中之鑽孔，固定元件222受到反向於鑽孔方向之軸向負荷，從而引發固定元件222與脹緊套258間之相對運動時，該脹緊套方會擴展， 從而將固定元件222楔緊在鑽孔內。

上述幾何固定結構亦可實施為其他任何一種習知之機械及化學錨件。例如，可採用注入灰漿，必要時可結合上述脹緊套原理。亦可如圖15所示，在固定元件322的外側面355設置螺旋狀幾何固定結構。此種情況下毋需設置獨立脹緊套，因為藉由在基底材料中產生螺旋狀底切切口，便能實現固定元件322的可靠緊固。

在使用旋轉式鑽頭之情況下，通孔34較佳在中間件28及固定元件222區域內皆為圓形截面。亦可採用其他截面形狀。

圖11為實施為帶台鑽(Bundbohrer)之鑽頭12的細部放大圖。鑽頭12用鑽尖16鑽出導孔44，藉由凸肩18上的衝擊面20將固定元件222送入基底46並排出鑽屑。為此，鑽桿如傳統鑽頭般具有螺旋結構62。

鑽頭12具有可將轉矩與衝擊能從驅動設備傳遞至鑽頭12的刀座64。衝擊面20採用平整設計後，僅軸向分力會從手持式設備傳遞到固定元件222上，切向作用力則不會。

除能改善切削邊226的挖掘效果外，上述方案亦能在通孔34之靜止內側與鑽頭12之旋轉螺旋結構62之間取得更佳的鑽粉運送效果。

鑽尖16可採用眾多習知方案，例如焊入式硬質合金板，焊接式硬質合金頭或HSS鑽削頭。尤佳應採用對稱鑽削頭並將其與鑽桿14同心佈置，因為藉此可在鑽尖16與鑽桿14間建立極為牢固之連接。

另一種較佳實施方式係使用偏心側切削刃，此種切削刃能產生超過鑽尖16直徑之鑽孔。所能挖掘的基底材料量超過固定元件222，從而減輕固定元件222之切削邊226的工作量。

針對脆性基底46(如混凝土)使用能打碎該基底之切削結構為佳，針對韌性基底46(如木材)使用能切割該基底之切削結構為佳。

為了移除鑽屑，亦可使用空心鑽桿，藉此吸除鑽屑或藉由空氣吹入鑽屑，而後再經由鑽桿與固定元件222內側間之間隙將鑽屑排出。

根據一種附圖未作詳示之實施方式，鑽桿14具有衝擊去耦裝置，儘管驅動設備將軸向衝擊脈衝導入刀座64，但在該裝置作用下無衝擊能被導入鑽尖16。

該衝擊去耦裝置例如可實施為鑽桿14上的一彈性區段，即直接整合於鑽桿14中。該衝擊去耦裝置亦可實施為獨立彈性部件，在鑽桿14的軸向前端設置於鑽桿與鑽尖16之間。兩種情況下軸向衝擊能皆被該衝擊去耦裝置大幅吸收，以至於鑽尖16基本僅做旋轉運動。

圖15為固定系統10的另一實施方式。

與第一實施方式相同，本實施方式除固定元件322外另設有中間件28。中間件28與固定元件322在轉矩支承裝置256作用下彼此旋轉耦合，該轉矩支承裝置實施為中間件28周邊的一凸起及固定元件322上的一相應凹槽。

固定元件322的側面355如前所述具有螺旋狀幾何固 定結構。切削邊327與後角α相接。

10‧‧‧固定系統

12‧‧‧鑽頭

14‧‧‧鑽桿

16‧‧‧鑽尖

18‧‧‧凸肩

20‧‧‧衝擊面

22，222，322‧‧‧固定元件

24‧‧‧衝擊面

26，226‧‧‧切削邊

26a‧‧‧切削邊

26b‧‧‧切削邊

26c‧‧‧切削邊

27，227‧‧‧挖掘面

28‧‧‧中間件

30‧‧‧衝擊面

32‧‧‧衝擊面

34‧‧‧通孔

36‧‧‧通孔

40‧‧‧排屑口

41‧‧‧軸向突出結構

42‧‧‧內螺紋

43‧‧‧螺紋保護件

43a‧‧‧螺紋保護件

43b‧‧‧螺紋保護件

43c‧‧‧螺紋保護件

43d‧‧‧螺紋保護件

44‧‧‧導孔

46‧‧‧基底

48‧‧‧套筒

50‧‧‧緊固結構

52‧‧‧緊固結構

62‧‧‧螺旋結構

64‧‧‧刀座

255，355‧‧‧側面

256‧‧‧轉矩支承裝置

258‧‧‧脹緊套

327‧‧‧切削邊

A‧‧‧軸向

圖1為本發明固定系統第一實施方式之剖面圖；圖2為圖1所示固定系統已裝入鑽孔之固定元件的剖面圖；圖3至圖6為本發明固定系統之螺紋保護件方案之透視圖；圖7為本發明固定系統之中間件的剖面圖；圖8為圖7所示中間件之截面圖；圖9至圖11為本發明固定系統之固定元件之切削邊的透視圖；圖12為本發明固定系統第二實施方式之固定元件的剖面圖；圖13為沿圖12中XIII-XIII線所截取的剖面圖；圖14為本發明固定系統第二實施方式之鑽頭的透視圖；及圖15為本發明固定系統第三實施方式之透視圖，局部為剖面圖。

12‧‧‧鑽頭

14‧‧‧鑽桿

16‧‧‧鑽尖

18‧‧‧凸肩

20‧‧‧衝擊面

22‧‧‧固定元件

24‧‧‧衝擊面

26‧‧‧切削邊

27‧‧‧挖掘面

28‧‧‧中間件

30‧‧‧衝擊面

32‧‧‧衝擊面

34‧‧‧通孔

36‧‧‧通孔

40‧‧‧排屑口

42‧‧‧內螺紋

43‧‧‧螺紋保護件

46‧‧‧基底

64‧‧‧刀座

A‧‧‧軸向

Claims (15)

1. 一種固定系統，包括鑽頭(12)及套筒狀固定元件(22；222；322)，該固定元件具有切削邊(26；226)及衝擊面(24)且在鑽孔工作結束後留在鑽孔內，該鑽頭(12)則被移除，其中，可透過該衝擊面(24)對該固定元件(22；222；322)施加軸向作用力，該固定元件(22；222；322)具有一設有內螺紋(42)的軸向通孔(34)，該鑽頭(12)穿過該通孔，其特徵在於，設有用於該內螺紋(42)之獨立螺紋保護件(43)。
2. 如申請專利範圍第1項之固定系統，其中，該螺紋保護件(43)包括塑膠套筒(48)。
3. 如申請專利範圍第1或第2項之固定系統，其中，該螺紋保護件(43)具有一用於將該螺紋保護件緊固於該通孔(34)內的緊固結構(50，52)。
4. 如申請專利範圍第1或第2項之固定系統，其中，該螺紋保護件(43)設計為，從該鑽孔中移除該鑽頭(12)時可從該固定元件(22；222；322)中移除該螺紋保護件。
5. 如申請專利範圍第1或第2項之固定系統，其中，該鑽頭(12)具有與該固定元件(22；222；322)之衝擊面(24)配合作用的衝擊面(20)，該衝擊面用以傳遞軸向力。
6. 如申請專利範圍第1或第2項之固定系統，其中，該固定元件(222；322)的側面(255；355)在與該切削邊(226；326)鄰接處截面縮小，從而在該切削邊(226；326)與該側面(255；355)之間形成一後角。
7. 如申請專利範圍第6項之固定系統，其中，該後角介於1°與20°之間。
8. 如申請專利範圍第6項之固定系統，其中，該後角介於3°與8°之間。
9. 如申請專利範圍第1或第2項之固定系統，其中，該切削邊(26；226；326)並非全部位於一個平面內。
10. 如申請專利範圍第1項或第2項之固定系統，其中，該切削邊(26；226；326)呈環形。
11. 如申請專利範圍第1或第2項之固定系統，其中，該固定元件(222；322)之側面(255；355)具有一用於將該固定元件(222；322)緊固於該鑽孔內的幾何固定結構。
12. 如申請專利範圍第1或第2項之固定系統，其中，設有一中間件(28)，該中間件沿軸向(A)與該固定元件之衝擊面(24)鄰接並且可與該固定元件(22；322)分離。
13. 如申請專利範圍第12項之固定系統，其中，該螺紋保護件(43)固定在該中間件(28)上。
14. 如申請專利範圍第12項之固定系統，其中，設有自該通孔(34)出發的排屑口(40)，該等排屑口(40)佈置在該固定元件(222)及/或該中間件(28)上。
15. 如申請專利範圍第1或第2項之固定系統，其中，該鑽頭(12)在鑽桿區域內具有衝擊去耦裝置及/或衝擊吸收裝置。