СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ
FASTENING METHOD

Настоящее изобретение касается способа закрепления конструктивного элемента на базовом элементе, при реализации которого в базовом элементе вырабатывают глухое отверстие, в глухом отверстии закрепляют крепежный элемент, а конструктивный элемент удерживается крепежным элементом.
Глухие отверстия обычно проделывают борами, которые на концах оснащены режущими кромками. Режущие кромки располагаются под наклоном относительно продольного направления данного конкретного глухого отверстия (направления внутрь материала) и благодаря вращению вокруг этой оси (этого направления) обеспечивают формирование конусовидного дна глухого отверстия. На краю глухого отверстия в большинстве случаев имеется фаска, так что между фаской и дном глухого отверстия формируется простирающаяся в направления глубины поверхность передачи силы, в которой, например, саморежущая резьба крепежного элемента нарезает сопряженную резьбу. Обычно дно глухого отверстия и фаска не участвуют в передаче силы между крепежным элементом и базовым элементом.
Для получения максимально возможных сил удержания обычно достаточно глубоко сверлят и применяют крепежный элемент соответствующей длины. В случае пластинчатых базовых элементов заданной толщины, которые к тому же нельзя просверливать насквозь, глубина глухого отверстия и, следовательно эффективная длина крепежного элемента для закрепления в глухом отверстии ограничены.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы представить способ крепления при реализации которого при заданной глубине глухого отверстия обеспечивается большая сила удержания крепежного элемента в глухом отверстии.
Задачу решают посредством способа крепления конструктивного элемента на базовом элементе, причем при реализации этого способа в базовом элементе формируют определяющее направления внутрь материала глухое отверстие с поверхностью передачи силы площадью А, глубина которого в направлении глубины составляет величину Т, меньшую 10 мм, причем поверхность передачи силы имеет форму усеченного конуса с углом полураскрытия β от 0° до 20° и средним диаметром d, причем у глухого отверстия имеется конусообразное дно глухого отверстия с углом раскрытия конуса α от 60° до 180°, а на краю - фаска, простирающаяся в продольном направлении до глубины фаски L, составляющей от 0 до 2 мм, причем средний диаметр d поверхности передачи силы А составляет как минимум
а самое большее
с максимальным допуском по площади k, равным 0,3, причем при реализации способа крепежный элемент закрепляют в глухом отверстии на поверхности передачи силы, и причем конструктивный элемент удерживается крепежным элементом.
При этом предпочтительно, чтобы базовый элемент состоял из металла или сплава. Предпочтительно, чтобы глубина Т глухого отверстия была лишь несколько меньше, чем толщина базового элемента, имеющего, в частности, форму пластины или диска. Предпочтительно, чтобы глубина Т была меньше 8 мм, особо предпочтительно меньше 6 мм, например, меньше 4 мм. Предпочтительно, чтобы глубина фаски L составляла от 0 до 0,5 мм, особо предпочтительно от 0 до 0,2 мм, например 0,1 мм, причем глубина фаски в 0 мм означает, что фаска присутствует лишь в микроскопическом масштабе.
Половинный угол раскрытия конуса либо же, соответственно, усеченного конуса представляет собой в смысле изобретения угол между образующей и осью данного конкретного конуса, направленной в глубину глухого отверстия. Угол раскрытия конуса представляет собой эту величину, умноженную на два. Предпочтительно, чтобы как в случае поверхности передачи силы, так и в случае дна глухого отверстия угол раскрытия конуса открывался в направлении от дна глухого отверстия к краю глухого отверстия. Средний диаметр d поверхности передачи силы - это среднее арифметическое диаметров на обоих торцевых концах усеченного конуса. Если угол полураскрытия конуса β равен 0°, то поверхность передачи силы имеет форму кругового цилиндра как частного случая усеченного конуса. Угол раскрытия конуса α дна глухого отверстия предпочтительно имеет величину от 88° до 138°, особо предпочтительно от 98° до 138°, например, 118°.
Допуск поверхности k - это часть максимально возможной поверхности передачи силы, потеря которой еще допустима. Величина k=0,3 означает, что поверхность передачи силы самое большее на 30% меньше максимально возможной поверхности передачи силы. Предпочтительно k=0,2, особо предпочтительно, когда k=0,1. В случае k=0 при заданной величине среднего диаметра d достигается максимально возможная поверхность передачи силы.
Предпочтительно, чтобы удержание конструктивного элемента обеспечивалось уже закреплением крепежного элемента в глухом отверстии. Поэтому в соответствии с предпочтительным вариантом исполнения крепежный элемент включает в себя головку, посредством которой конструктивный элемент удерживается на базовом элементе. Также предпочтительно фиксировать конструктивный элемент на крепежном элементе только после закрепления. Поэтому в соответствии с предпочтительным вариантом исполнения крепежный элемент включает в себя еще одно средство приложения нагрузки, посредством которой конструктивный элемент удерживается на базовом элементе. Особо предпочтительно, чтобы еще одно средство приложения нагрузки имелось на стержне.
Предпочтительная форма исполнения отличается тем, что глухое отверстие состоит из дна глухого отверстия, поверхности передачи силы и фаски. Предпочтительно, чтобы закрепление крепежного элемента в глухом отверстии осуществлялось только через поверхность передачи силы, сверх того предпочтительно - с геометрическим замыканием, фрикционным и/или материальным замыканием.
Предпочтительная форма исполнения отличается тем крепежный элемент имеет стержень с противодействующей поверхностью передачи силы, причем противодействующая поверхность передачи силы взаимодействует с поверхностью передачи силы в целях закрепления крепежного элемента в глухом отверстии. Особо предпочтительно, чтобы крепежный элемент имел, например, саморежущую наружную резьбу. Предпочтительная форма исполнения отличается тем, что поверхность передачи силы обладает внутренней резьбой. Особо предпочтительно, чтобы внутренняя резьба была комплементарна наружной резьбе крепежного элемента (сопряженная резьба).
Предпочтительная форма исполнения отличается тем, что крепежный элемент запрессовывают, вклеивают, заваривают, запаивают и/или ввинчивают в глухое отверстие. Крепежный элемент предпочтительно состоит из металла, сплава или пластмассы и, предпочтительно, изготовлен в виде шурупа, гвоздя, заклепки, штифта или болта, особо предпочтительно - резьбового болта.
Предпочтительная форма исполнения отличается тем, что угол между фаской и направлением внутрь материала (угол фаски) имеет величину между 30° и 60°. Особо предпочтительно, чтобы величина угла фаски находилась между 40° и 50°, например, 45°. Еще одна предпочтительная форма исполнения отличается тем, что угол введения между поверхностью базового элемента и направлением внутрь материала составляет по меньшей мере 80°. Особо предпочтительно, чтобы угол введения равнялся по меньшей мере 85°, например, 90°.
Согласно предпочтительному варианту исполнения глухое отверстие высверливают в базовом элементе. Особо предпочтительно применять для этого сверлильную машину (сверлильный станок, дрель), в частности, работающую от электропривода. Также предпочтительно заранее задавать глубину Т с помощью сверла с упором, причем особо предпочтительно, чтобы его упор был выполнен в виде заплечика. Сверло углубляется в конструктивный элемент и/или базовый элемент до тех пор, пока упор сверла не упрется (не будет прилегать) к поверхности конструктивного элемента либо же, соответственно, базового элемента. Глубина глухого отверстия, выполненного в данном случае как сверленое отверстие, оказывается такой же, как расстояние между упором сверла и концом сверла. В альтернативном варианте глубину Т задают с помощью упора ограничения глубины дрели.
В соответствии с одной из форм исполнения средний диаметр меньше или равен 8 мм, предпочтительно меньше или равен 7 мм, особо предпочтительно меньше или равен 6 мм. Благодаря этому глухое отверстие можно, при определенных обстоятельствах, выполнить с помощью ручной дрели, затрачивая относительно немного времени.
В соответствии с предпочтительной формой исполнения средний диаметр d больше глубины Т или равен ей, предпочтительно - больше глубины Т.
Далее дано подробное описание изобретения на основании примеров исполнения с опорой на чертежи. Представлены:
Фиг. 1 - Крепежный элемент, закрепленный в базовом элементе, и
Фиг. 2 - Диаграмма зависимости площади поверхности передачи силы от среднего диаметра для различных значений глубины глухого отверстия.
На фиг. 1 изображена пластина 100, которая в рамках изобретения представляет собой базовый элемент. Предпочтительно, чтобы пластина 100 включала в себя металл или состояла из него, в частности, алюминия, или же сплава, в частности, стали, или бетона, в частности, пористого бетона, или пластмассы, или дерева, и предпочтительно представляла собой стену или пол (дно, палубу), например, корабля, буровой установки или промышленного здания. Для закрепления конструктивного элемента 190 на пластине 100 в конструктивном элементе 190 просверлено сквозное отверстие 200, а в пластине 100 - глухое отверстие 110, которое задает направление внутрь материала (глубинное направление) 160 и на глубине Т имеет дно глухого отверстия 120. Предпочтительно сверлить сквозное отверстие 200 и глухое отверстие 110 друг за другом. В примерах исполнения, не изображенных на иллюстрациях, сквозное отверстие и глухое отверстие создают в процессе одной и той же процедуры сверления, например, выполняя сверление базового элемента с прохождением конструктивного элемента насквозь.
Дно глухого отверстия 120 конусообразное с углом раскрытия конуса α. В направлении, противоположном направлению глубины 160, к дну глухого отверстия примыкает поверхность передачи силы 220, которая характеризуется площадью А, а также средним диаметром d. Поверхность передачи силы 220 имеет форму усеченного конуса с углом полураскрытия конуса β. В направлении, противоположном направлению глубины 160, к поверхности передачи силы примыкает фаска 230, которая простирается от края глухого отверстия 110 в направлении глубины 160 вплоть до глубины L и характеризуется углом фаски, например, в 45°.
В глухое отверстие 110 в направлении глубины 160 ввинчен выполненный в виде шурупа 130 крепежный элемент со стержнем 150, который несет выполненное, в частности, в виде самонарезающей резьбы 140 сопряженное средство передачи силы для передачи силы на поверхность передачи силы 220. При этом резьба 140 простирается от торцевой стороны 170 стержня 150 в направлении, противоположном направлению глубины 160, на длину, которая больше, чем глубина Т глухого отверстия 110. В случае примеров исполнения, не изображенных на иллюстрациях, крепежное устройство выполнено в виде установочного или распорного болта, причем в этом случае сопряженное средство передачи силы образовано гладкой или сделанной шероховатой боковой поверхностью стержня. Резьба 140 и предпочтительно стержень 150 выполнены цилиндрической формы с диаметром, который по существу равен среднему диаметру d. В случае примеров исполнения, не изображенных на иллюстрациях, резьба и/или стержень выполнены в форме усеченного конуса, предпочтительно с углом полураскрытия, которые равен углу полураскрытия β.
В данном случае D=8 мм, Т=7,7 мм, β=9°, α=118°, L=1 мм, a d=8 мм. В не представленных на иллюстрациях примерах исполнения параметры, напротив, имеют следующие значения: D=6 мм, Т=5,7 мм, β=0°, α=118°, L=0 мм и d=6 мм, либо же, соответственно, D=4 мм, Т=3,7 мм, β=0°, α=118°, L=0 мм, a d=5 мм.
Чтобы получить возможность максимально эффективно использовать всю глубину глухого отверстия 110 для передачи силы резьбы 140, с одной стороны, заранее целенаправленно определяют глубину Т, для чего глухое отверстие 110 высверливают, например, сверлом с упором или же с помощью дрели с силовым приводом с упором для ограничения глубины. Глубина Т лишь незначительно меньше толщины D базового элемента 100, предпочтительно менее чем на 0,5 мм, особо предпочтительно менее чем на 0,2 мм, например, на 0,1 мм. С другой стороны, при выборе винта (шурупа) 130 необходимо обращать внимание на то, чтобы длина резьбы была по меньшей мере равна глубине Т.
Винт 130 имеет головку 180, которая примыкает к стержню 150 в направлении, противоположном направлению глубины 160, и нижняя сторона которой, обращенная в направлении глубины 160, образует контропору 210 для прижатия конструктивного элемента 190 к пластине 100. Контропора 210 находится на аксиальном расстоянии L от торцевой стороны 170 стержня 150 вдоль направления внутрь материала 160, причем вдоль этого расстояния простирается резьба 140. Конструктивный элемент 190 зажат между контропорой 210 и пластиной 100 как навесная деталь и таким образом закреплен на пластине 100. При этом предпочтительно, чтобы стержень 150 винта 130 был ввинчен в глухое отверстие 110 настолько, чтобы торцевая сторона 170 прилегала, или почти прилегала к дну глухого отверстия 120. Это целесообразно в особенности тогда, когда базовый элемент отличается лишь незначительной толщиной в направлении глубины, так что располагаемая глубина глухого отверстия ограничена.
Головка 180 оснащена выполненным, например, в виде внешнего шестигранника наружным приводом, посредством которого винт 130 вводят в глухое отверстие 110, в частности, с помощью шуруповерта с силовым приводом, например, аккумуляторного шуруповерта. В случае примеров исполнения, не изображенных на иллюстрациях, головка имеет внутреннее средство приведения в движение, изготовленное, например, в виде прямой прорези, крестовидной прорези, звездообразной прорези, внутреннего шестигранника или внутреннего четырехгранника. В случае других примеров исполнения, не изображенных на иллюстрациях, конструктивный элемент закрепляют на винте и таким образом на пластине, накладывая или навешивая на головку винта предпочтительно проушину, крюк или петлю конструктивного элемента.
В случае примеров исполнения, не изображенных на иллюстрациях, крепежный элемент имеет еще одно средство приложения силы для закрепления конструктивного элемента на базовом элементе, которое в качестве дополнения или альтернативы головке располагается на головке или стержне и простирается, в частности, в направлении, противоположном направлению глубины. Крепежный элемент выполнен, например, в виде резьбового болта с резьбой, в частности, нормативной, например, метрической или дюймовой резьбой, играющей роль дополнительного средства приложения силы, так что конструктивный элемент, в частности, привинчивают к крепежному элементу с помощью гайки и таким образом закрепляют на базовом элементе. В случае других примеров исполнения, не изображенных на иллюстрациях, на винте имеется охватывающий стержень промежуточный элемент, который в свою очередь включает в себя уплотнительный элемент, предпочтительно эластомерный элемент, и/или покровный элемент. Нижняя сторона головки, обращенная в направлении глубины, предпочтительно формирует контропору для прижатия промежуточного элемента к базовому элементу. В этом случае промежуточный элемент зажимается между контропорой и базовым элементом.
2
На фиг. 2 в качестве примера представлена площадь А поверхности передачи силы в мм в зависимости от ее среднего диаметра d в мм для различных значений глубины глухого отверстия Т. Для всех изображенных кривых угол раскрытия конуса α составляет 141°, глубина фаски L в каждом случае равна 0 мм. Отчетливо видно, что для каждой глубины глухого отверстия Т площадь имеет выраженный максимум, причем максимумы расположены на кривой 240. Равным же образом в качестве примера для допуска поверхности k=0,2 начерчена нижняя ограничительная линия 250 и верхняя ограничительная линия 260, между которыми площадь А уменьшается самое большее на 20% относительно своей конкретной максимальной величины. Как легко показать, для площади А справедливо соотношение
так что площадь А имеет максимальное значение, когда
В остальном предполагается, что передаваемая силы по меньшей мере в случае винтовых соединений пропорционально площади поверхности передачи силы.
Изобретение описано на примерах устройства для закрепления конструктивного элемента на базовом элементе, а также способа для такого закрепления. При этом признаки описанных форм исполнения также можно произвольно комбинировать друг с другом в рамках одного единственного крепежного устройства либо же, соответственно, одного способа создания. Следует отметить, что способ согласно изобретению пригоден также и для других целей.