TWI598516B - 固定方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種將構件固定在基本元件上的方法，其中在該基本元件中製造一盲孔，將一固定元件錨定在該盲孔中，並藉由該固定元件對該構件進行保持。
通常用尖端上配設有切削刃的鑽頭來製造盲孔。此等切削刃係相對相應於盲孔之深度方向傾斜佈置，並透過圍繞該深度方向旋轉產生一錐形的盲孔底。此盲孔之邊緣具有至少一斜面，故在此斜面與此盲孔底之間設有一沿深度方向延伸的力傳遞面，固定元件之自攻螺紋例如在此力傳遞面中攻出配合螺紋。盲孔底及斜面通常不參與固定元件與基本元件之間的力傳遞。
為實現儘可能大之保持力，通常進行足夠深的鑽削並採用具相應長度之固定元件。就具有預定義厚度且不應被鑽穿之平板狀基本元件而言，盲孔之深度，以及固定元件之用於在此盲孔中進行錨定的有效長度受到限制。
本發明之目的在於提供一種固定方法，以便在一定的盲孔深度的情況下在該盲孔中實現該固定元件之較大的保持力。
本發明用以達成上述目的之解決方案為一種將構件固定在基本元件上的方法，其中，在該基本元件中製造一對深度方向進行定義並具有面積為A之力傳遞面的盲孔，該盲孔之沿該深度方向的深度T小於10mm，其中該力傳遞面呈截錐形並具有0°至20°的半個錐形張角β及平均直徑d，其中該盲孔具有一錐形盲孔底，該盲孔底具有60°至180°的錐形張角α，且該盲孔之邊緣具有沿深度方向延伸至0mm至2mm的斜面深度L的斜面，其中該力傳遞面A之平均直徑d至少為
且該平均直徑最高為
其中最大面積公差k為0.3，其中在採用該方法時透過該力傳遞面將一固定元件錨定在該盲孔中，且其中藉由該固定元件對該構件進行保持。
該基本元件較佳地由金屬或合金構成。該盲孔之深度T較佳地僅略小於該特別是呈平板狀或盤狀之基本元件的厚度。該深度T較佳地小於8mm，尤佳地小於6mm，例如小於4mm。該斜面之斜面深度L較佳地為0mm至0.5mm，尤佳地為0mm至0.2mm，例如為0.1mm，其中0mm的斜面深度表示該斜面僅存在於微觀尺度中。
在本發明中，椎體或截錐體的該半個錐形張角為相應椎體之母線與該椎體之沿該盲孔的深度方向的軸線之間的角度。該錐形張角為該半個錐形張角的兩倍。該錐形張角較佳地既針對該力傳遞面張開，又針對該盲孔底以自該盲孔底延伸至該盲孔之邊緣的方式張開。該力傳遞面之平均直徑d為該截錐體之該二端面末端上的直徑的算術平均值。在半個錐形
張角β為0°的情況下，該力傳遞面之形狀為渾圓的圓柱(該截錐體之特殊情形)。該盲孔底之錐形張角α較佳地為88°至138°，尤佳地為98°至138°之間，例如為118°。
面積公差k為尚容許之面積損失相對可能的最大力傳遞面的比例。k=0.3表示，該力傳遞面最多比該可能的最大力傳遞面小30%。較佳地，k=0.2，尤佳地，k=0.1。在k=0時，透過針對該平均直徑d一定的值實現該可能的最大力傳遞面。
透過將該固定元件錨定在該盲孔中，較佳地已實現對該構件的保持。因此，根據一種較佳設計方案，該固定元件包括一頭部，其用於將該構件保持在該基本元件上。同樣較佳地，在錨定在該固定元件上後才將該構件固定。因此，根據一種較佳設計方案，該固定元件包括另一加載件，其用於將該構件固定在該固定元件上。尤佳地，該桿部具有另一加載件。
一種較佳實施方式的特徵在於，該盲孔由該盲孔底、該力傳遞面及該斜面構成。較佳地僅透過該力傳遞面將該固定元件錨定在該盲孔中，此外，較佳地以形狀吻合、摩擦連接及/或材料接合的方式進行錨定。
一種較佳實施方式的特徵在於，該固定元件具有包含一反作用力傳遞面的桿部，其中該反作用力傳遞面與該力傳遞面發生相互作用，從而將該固定元件錨定在該盲孔中。該固定元件尤佳地具有一例如為自攻式的外螺紋。一種較佳實施方式的特徵在於，該力傳遞面具有一內螺紋。該內螺紋尤佳地與該固定元件之外螺紋相互匹配。
一種較佳實施方式的特徵在於，將該固定元件壓緊、黏合、
熔焊、釺焊及/或旋接在該盲孔中。該固定元件較佳地由金屬、合金或塑膠構成，以及，該固定元件較佳地實施為螺絲、釘子、鉚釘、銷件或栓件，且尤佳地實施為螺栓。
一種較佳實施方式的特徵在於，該斜面與該深度方向之間的斜面角為30°至60°之間。該斜面角尤佳地為40°至50°之間，例如為45°。另一較佳實施方式的特徵在於，該基本元件之表面與該深度方向之間的釘入角至少為80°。該釘入角尤佳地至少為85°，例如為90°。
根據一種較佳設計方案，在該基本元件中鑽製該盲孔。尤佳地，為此採用特別是電動的鑽機。同樣較佳地，藉由一止擋鑽頭(Anschlagbohrer)預先確定該深度T，該止擋鑽頭具有尤佳地實施為凸肩的鑽頭止擋件。以某種程度將該鑽頭釘入該構件及/或該基本元件，直至該鑽頭止擋件抵靠在該構件或基本元件之表面上。在此情形下，該實施為鑽孔的盲孔的深度等於該鑽頭止擋件與該止擋鑽頭之鑽尖的距離。根據一種替代性設計方案，藉由鑽機之限深器來預先確定該深度T。
根據一種實施方式，該平均直徑小於或等於8mm，較佳地小於或等於7mm，尤佳地小於或等於6mm。因此，視具體情形，可透過手持式鑽機以耗費相對較少時間之方式製造該盲孔。
根據一種較佳實施方式，該平均直徑d大於或等於該深度T，較佳地大於該深度T。
100‧‧‧平板
110‧‧‧盲孔
120‧‧‧盲孔底
130‧‧‧螺絲
140‧‧‧螺紋
150‧‧‧桿部
160‧‧‧深度方向
170‧‧‧端面
180‧‧‧頭部
190‧‧‧構件
200‧‧‧通孔
210‧‧‧止推件
220‧‧‧力傳遞面
230‧‧‧斜面
240‧‧‧曲線
250‧‧‧下限曲線
260‧‧‧上限曲線
α‧‧‧錐形張角
β‧‧‧半個錐形張角
A‧‧‧面積
D‧‧‧厚度
d‧‧‧直徑
L‧‧‧斜面深度
T‧‧‧深度
圖1為固定於基本元件上之固定元件，及
圖2示出力傳遞面之面積與此力傳遞面之針對不同盲孔深度的平均直徑的關係。
圖1示出在本發明中作為基本元件的平板100。平板100較佳包括以下材料或由其構成：金屬(特別是鋁)、合金(特別是鋼)、混凝土(特別是多孔混凝土)、塑膠或木材，以及，該平板較佳構成例如船舶、鑽井人工島或工業樓宇之壁部或底部。為將構件190固定在平板100上，在該構件190中鑽製一通孔200並在該平板100中鑽製一盲孔110，該盲孔對深度方向160進行定義，且具有位於深度T處的盲孔底120。較佳先後對通孔200及盲孔100進行鑽製。在未繪示之實施例中，在單獨一個鑽削過程中產生該通孔及該盲孔，具體方式例如為，以穿過該構件的方式鑽入該基本元件。
盲孔底120呈錐形並具有錐形張角α。在該盲孔底上以與深度方向160反向之方式連接有力傳遞面220，其具有面積A及平均直徑d。力傳遞面220呈截錐形並具有半個錐形張角β。在該力傳遞面上以與深度方向160相反之方式連接有斜面230，其自盲孔110之邊緣沿深度方向160延伸至斜面深度L，並具有例如為45°的斜面角。
在盲孔110中設有沿深度方向160旋入的、實施為螺絲130的固定元件，其包含桿部150，該桿部承載有特別是實施為自攻螺紋140的反作用力傳遞件，其用於對力傳遞面220進行力傳遞。其中，螺紋140自桿部150之端面170出發以與深度方向160相反之方式延伸經過一長度，該長度大於盲孔110之深度T。在未繪示之實施例中，該固定裝置係實施為打入
螺栓或膨脹螺栓，其中透過該桿部之平滑或經粗化的周面構成該反作用力傳遞件。螺紋140及(較佳)桿部150呈圓柱形，其直徑約等於平均直徑d。在未繪示之實施例中，該螺紋及/或該桿部呈截錐形，其半張角較佳等於半張角β。
在本實施例中，D=8mm，T=7.7mm，β=9°，α=118°，L=1mm及d=8mm。在未繪示之實施例中，該等參數值則為：D=6mm，T=5.7mm，β=0°，α=118°，L=0及d=6mm，或者，D=4mm，T=3.7mm，β=0°，α=118°，L=0及d=5mm。
為儘可能高效地將盲孔110之整個深度T用於螺紋140之力傳遞，一方面針對性地預先確定該深度T，具體方式為，例如使用止擋鑽頭或包含限深器之力驅動式鑽機來鑽製盲孔110。深度T僅略低於基本元件100之厚度D，低出程度較佳小於0.5mm，尤佳地小於0.2mm，例如為0.1mm。另一方面，在選擇螺絲130時，該螺紋之長度至少需要等於深度T。
螺絲130具有以與深度方向160相反之方式連接在桿部150上的頭部180，其朝向深度方向的底面構成用於將構件190壓向平板100的止推件210。止推件210具有一相對桿部150之端面170的，沿深度方向160的軸向距離L，螺紋140沿該軸向距離延伸。構件190作為附件夾緊在止推件210與平板100之間，從而固定在平板100上。其中，較佳以某種程度將螺絲130之桿部150旋入盲孔110，直至端面170貼靠或幾近貼靠在盲孔底120上。當該基本元件之沿深度方向的厚度較小，使得該盲孔之可用深度有限時，上述方案特別有利。
頭部180具有例如實施為外六角的外驅動機構，其用於特別
是透過較佳為力驅動式的旋接設備，例如電動螺絲起子，將螺絲130釘入盲孔110。在未繪示之實施例中，該頭部具有例如實施為一字槽、十字槽、花形六角承窩、六角承窩或四角承窩的內驅動機構。在其他未繪示之實施例中，將該構件固定在該螺絲上並進而固定在該平板上，具體方式為，較佳將該構件之環圈、鉤子或軟管設置或掛在該頭部上。
在未繪示之實施例中，該固定元件較佳具有另一用於將該構件固定在該基本元件上的加載件，該另一加載件係作為該頭部之附加或替代方案佈置在該頭部或桿部上，以及特別是，該另一加載件以與該深度方向相反的方式延伸。該固定元件例如實施為螺栓，其包含作為其他加載件的，特別是經標準化的例如為公制或英制的螺紋，故特別是透過螺母將該構件旋接至該固定元件，從而將該構件固定在該基本元件上。在其他未繪示之實施例中，該螺絲具有一將該桿部包圍的中間元件，其包括密封元件(較佳為彈性體元件)及/或防護元件。該頭部之朝向深度方向的底面較佳構成用於將該中間元件壓向該基本元件的止推件。在此，將該中間元件夾緊在該止推件與該基本元件之間。
圖2示範性示出該力傳遞面之面積A(單位：mm2)與該力傳遞面之針對不同盲孔深度T的平均直徑d(單位：mm)的關係。針對示出的所有曲線，錐形張角α皆為141°，斜面深度L皆為0mm。可以明顯看出，針對每個盲孔深度T，面積A具有一特徵性的最大值，其中該等最大值皆位於曲線240上。此外，還針對面積公差k=0.2示範性示出了下限曲線250及上限曲線260，在該二曲線之間，面積A相對其最大值的減小幅度最大為20%。顯而易見地，以下關係適用於面積A：
因此，在以下情形下面積A為最大：
此外，假定該可傳遞之作用力至少在螺接期間與該力傳遞面的面積成比例。
對本發明之描述係基於用於將構件固定在基本元件上的裝置的示例，以及一種實施此種固定的方法。其中，在單獨一個固定裝置或單獨一個製造方法內，亦可將所述實施方式的特徵任意相互組合。需要指出的是，本發明之方法亦適用於其他用途。
100‧‧‧平板
110‧‧‧盲孔
120‧‧‧盲孔底
130‧‧‧螺絲
140‧‧‧螺紋
150‧‧‧桿部
160‧‧‧深度方向
170‧‧‧端面
180‧‧‧頭部
190‧‧‧構件
200‧‧‧通孔
210‧‧‧止推件
220‧‧‧力傳遞面
230‧‧‧斜面
α‧‧‧錐形張角
β‧‧‧半個錐形張角
D‧‧‧厚度
d‧‧‧直徑
L‧‧‧斜面深度
T‧‧‧深度
Claims (26)
- 一種將構件固定在由金屬或合金構成之基本元件上的方法，其中，在該基本元件中製造一個對深度方向進行定義並具有面積為A之力傳遞面的盲孔，該盲孔之沿該深度方向的深度T<10mm，其中該力傳遞面呈截錐形並具有0°至20°的半個錐形張角β及平均直徑d，其中該盲孔具有一錐形盲孔底，該盲孔底具有60°至180°的錐形張角α，且該盲孔之邊緣具有沿深度方向延伸至0mm至2mm的斜面深度L的斜面，其中該力傳遞面A之平均直徑d至少為
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該盲孔之沿該深度方向的深度T<8mm。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該盲孔之沿該深度方向的深度T<6mm。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該盲孔之沿該深度方向的深度T<4mm。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該盲孔底具有88°至138°的錐形張角α。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該盲孔底具有98°至138°的錐形張角α。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該盲孔之邊緣具有沿深度方向延伸至0mm至0.5mm的斜面深度L的斜面。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，k=0.2。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中，k=0.1。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該盲孔由該盲孔底、該力傳遞面及該斜面構成。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中僅透過該力傳遞面將該固定元件錨定在該盲孔中。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中該固定元件具有特別是為自攻式的外螺紋。
- 如申請專利範圍第12項之方法，其中該力傳遞面具有特別是與該外螺紋相匹配的內螺紋。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中將該固定元件壓緊、黏合、熔焊、釺焊及/或旋接在該盲孔中。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中該斜面與該深度方向之間的斜面角為30°至60°之間。
- 如申請專利範圍第15之方法，其中該斜面與該深度方向之間的斜面角為40°至50°之間。
- 如申請專利範圍第15之方法，其中該斜面與該深度方向之間的斜面角為45°。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中該基本元件之表面與該深度方向之間的釘入角至少為80°。
- 如申請專利範圍第18項之方法，其中該基本元件之表面與該深度方向之間的釘入角至少為85°。
- 如申請專利範圍第18項之方法，其中該基本元件之表面與該深度方向之間的釘入角至少為90°。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中該固定元件由金屬、合金或塑膠構成。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中在該基本元件中鑽製該盲孔。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中藉由止擋鑽頭來預先確定該深度T。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中藉由限深器來預先確定該深度T。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中該固定元件具有包含一反作用力傳遞面及特別是一頭部的桿部，且其中該反作用力傳遞面與該力傳遞面發生相互作用，從而將該固定元件錨定在該盲孔中。
- 如前述申請專利範圍第1項至第10項中任一項之方法，其中該平均直徑d大於或等於該深度T。
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