КРЕПЕЖНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1998 года по МПК B27F1/00 

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к конструкциям элементов крепления деревянных деталей, например деталей мебели.

В конструкциях столярно-мебельных изделий распространение получили крепежные элементы в виде деревянных шпилек (нагелей) и деревянных шипов (шкантов).

Нагели представляют собой деревянный стержень круглой, четырех- или шестигранной формы из твердолиственных пород древесины (см. Григорьев М.А. Материаловедение для столяров, плотников и паркетчиков М.: Высшая школа, 1989, рис. 63). Нагели используются как самостоятельное крепление при склеивании слоистых конструкций или как дополнительное крепление шиповых соединений.

Нагели просты в изготовлении, при креплении деревянных деталей не перерезают волокна, взаимно уминаются с ответной деталью (из дерева) и обеспечивают достаточно прочное соединение, даже без клея, однако посредством нагелей используют дополнительные крепежные элементы, что усложняет конструкцию и технологический процесс сборки изделия.

Шкант представляет собой вставной шип, применяемый для соединения частей изделия из древесины. Обычно шкант является составной частью одной из соединяемых деталей и вставляется в отверстие, выполненное под него в ответной детали. Подробные исследования соединений на шкантах проводились в ЦНИИМОД, результаты исследований изложены в книге Куликова И.В. Новое в технологии изделий из древесины М., 1968, с. 50. Шканты могут быть круглыми или иной, например прямоугольной, формы, сквозными или несквозными (см, Плешкин М.М. Соединение столярных изделий М., 1965, рис. 40,41). Шкант не повреждает волокна древесины в отверстиях, взаимодействует с материалом ответной детали, однако не обеспечивает достаточной прочности соединений, так как не выдерживает осевых нагрузок. В связи с этим шкантовые соединения дополняются клеевыми или другими дополнительными (чаще, металлическими) крепежными элементами.

Широко используемые в качестве крепежных элементов резьбовые соединения для деревянных конструкций не эффективны, так как при ввинчивании в дерево они перерезают волокна, обеспечивающие прочность древесины.

Известны также фигурные шканты, тело которых снабжено продольными или поперечными выступами и впадинами (см. например, Бобиков П.Д. Изготовление художественной мебели М.: Высшая школа, 1988 или описание к патенту СССР N 480207, кл. F 47 B 88/00 от 18.11.70, приоритете ФРГ от 18.11.69). Однако их конструкция также не обеспечивает надежного соединения деталей и требует дополнительных крепежных элементов, что усложняет конструкцию и удорожает технологии.

Наиболее близким решением к предлагаемому можно считать шиповое соединение по авт. св. N 1253787, кл. B 27 F 1/00 от 04.12.84. Шиповое соединение содержит деталь с шипами и деталь с проушинами. Шипы и проушины снабжены контактирующими друг с другом зубчатыми выступами и впадинами, которые имеют крутые и пологие площадки. Пологие площадки имеют конусность, направленную к торцу шипа.

При сборке деталей с таким соединением шипы первой детали вставляют в проушины второй детали. Причем выступы первой детали скользят по пологим площадкам второй детали, вызывая упругую деформацию выступов на шипах и проушинах, пока все выступы не разместятся в соответствующих впадинах. Образуется неразъемное соединение за счет плотного самозацепления пологих и крутых площадок выступов и впадин двух деталей, которое препятствует перемещению первой детали вдоль и поперек оси. Такое соединение не требует клеевых прокладок и других дополнительных крепежных элементов, что упрощает конструкцию изделия.

Однако выполнение зубчатых выступов и впадин на деревянной поверхности шипов и в отверстиях ответной детали усложняет технологический процесс и удорожает себестоимость продукции.

Задача предлагаемого решения - создание простого и надежного крепежного элемента для деревянных деталей.

Для решения поставленной задачи крепежный элемент в виде стержня, снабженного чередующимися зубчатыми выступами и впадинами, которые имеют крутые и пологие участки, выполнен из древесины, имеющей влажность меньше 12%.

Кроме того, крепежный элемент снабжен шляпкой, которая выполнена на торце со стороны выступов, имеет диаметр, превышающий диаметр выступов, и соединена с ближайшим к ней выступом дугообразной поверхностью.

Места переходов выступов и впадин снабжены закругленными скосами.

Чередующиеся зубчатые выступы и впадины выполнены в виде модулей из усеченных конусов с цилиндрическим основанием.

Предлагаемая конструкция крепежного элемента за счет разности влажности с материалом скрепляемых деталей обеспечивает надежное соединение благодаря разбуханию крепежного элемента и благодаря проникновению более влажного и более текучего материала скрепляемых деталей во впадины крепежного элемента. Кроме того, форма крепежного элемента позволяет входить в скрепляемые детали без разрушения структуры древесины, что также обеспечивает прочность соединения.

Таким образом, предлагаемая конструкция не только выполняет функции шканта и нагеля, но и выдерживает высокие осевые нагрузки, что позволяет исключить дополнительные крепежные элементы.

На фиг. 1 показан крепежный элемент;
На фиг. 2 - соединение с предлагаемым крепежным элементом в разрезе.

Крепежный элемент имеет форму стержня 1 со шляпкой 2. Стержень 1 снабжен чередующимися соосными зубчатыми модулями 3. Каждый модуль 3 имеет в продольном сечении форму трапеции и образует на стержне выступы 4 и впадины 5. В представленном на фиг. 1 примере изготовления крепежного элемента каждый модуль выполнен в виде усеченного конуса.

Модули 3 большей плоскостью направлены к шлюпке 2. Все переходы между выступами и впадинами закруглены. Возможен более технологичный вариант выполнения модулей, при котором большая плоскость усеченного конуса плавно переходит в цилиндрическое основание 6.

Первый (входной) модуль 7 заужен по сравнению с остальными, что упрощает проникновение в соединяемые детали.

Последний (перед шляпкой) модуль 8 соединен с основанием шляпки плавным переходом - дугообразной поверхностью 9. Шляпка 2 выполнена в форме шарового сегмента на цилиндрическом основании 10.

Исследования, проведенные авторами, позволили подобрать наиболее оптимальные параметры предлагаемого крепежного элемента Уклон пологой части модуля должен быть от 1:5 до 1:15. Толщина шканта должна составлять 0,3 - 0,5 толщины заготовки, а длина шканта - не менее четырехкратной толщины заготовки. Представленный реальный экземпляр деревянного гвоздя имеет минимальный диаметр 8 мм, а максимальный диаметр 9,7 мм.

Стандартная влажность древесины, используемой в столярно-мебельном производстве, составляет 8 - 12%, а реальная колеблется в пределах 12 - 30%. В связи с этим предлагаемый деревянный гвоздь после изготовления должен иметь влажность от 5 до 12%, что обеспечивает надежность соединения.

Предлагаемый крепежный элемент используется следующим образом.

В соединяемых деталях выполняется отверстие размером меньше максимальной толщины модуля крепежного элемента. В отверстие заостренным концом вставляется деревянный гвоздь, который легко войдет до первого выступа. Дальше гвоздь забивают ударами молотка по шляпке 2.

Благодаря шарообразной форме шляпки 2 исключается возможность скола краев шляпки.

Под ударами молотка гвоздь будет постепенно входить в отверстие 11, расширяя его стенки выступами 4. При этом благодаря закругленным скосам по всей поверхности стержня не происходит скалывания древесины как с выступов, так и со стенок отверстия, а расширяющее давление на деталь оказывается только в точках выступов 4.

Благодаря разности в степени влажности крепежного элемента и соединяемых деталей более сухой и поэтому более прочный гвоздь легче входит в отверстие соединяемых деталей. Более влажные и поэтому более пластичные детали легче расширяются под давлением выступов гвоздя.

Со временем более сухой гвоздь пропитывается влагой из окружающей его древесины соединяемых деталей, разбухает, увеличивается в размерах 12 и прочнее скрепляет детали, более пластичная древесина более влажных деталей проникает в пустоты, образовавшиеся между впадинами 5 и стенками отверстия 11, сто также повышает прочность соединения. Подобное крепление выдерживают высокие осевые нагрузки, что исключает необходимость использования дополнительных крепежных средств.

таким образом, предлагаемый крепежный элемент отличается простотой и технологичностью, ему свойственны преимущества нагеля, который изготавливается отдельно от скрепленных деталей, и преимущества фигурного шканта, который обеспечивает прочное соединение. Но по сравнению с последним не требуются сложные технологические операции по изготовлению шипов в деталях. Исключаются также дополнительные крепежные средства.

По сравнению с прототипом не требуется изготовления в отверстиях соединяемых деталей чередующихся зубчатых выступов и впадин. Таким образом упрощается технология соединения деталей с повышением прочности крепления.

Назначение: изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к конструкциям элементов крепления деревянных деталей. Сущность изобретения: крепежный элемент имеет форму стержня 1 со шляпкой 2. Стержень 1 снабжен чередующимися соосными зубчатыми модулями 3. Каждый модуль 3 имеет в продольном сечении форму трапеции и образует на стержне выступы 4 и впадины 6. Каждый модуль выполнен в виде усеченного конуса. Модули 3 большей плоскостью направлены к шляпке 2. Все переходы между выступами и впадинами закруглены. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Крепежный элемент, имеющий стержень, снабженный чередующимися зубчатыми выступами и впадинами, которые имеют крутые и пологие участки, отличающийся тем, что чередующиеся выступы и впадины выполнены в виде модулей, каждый из которых имеет форму усеченного конуса с цилиндрическим основанием. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что места переходов между выступами и впадинами снабжены закругленными скосами. 3. Элемент по пп.1 и 2, отличающийся тем, что стержень снабжен шляпкой, которая выполнена на торце со стороны выступов, имеет диаметр, превышающий диаметр выступов, и соединена с ближайшим к ней выступом дугообразной поверхностью.