CN113677490B - 用于清理交叉层压木材连接中变形的紧固件开口的带交替锐化边缘的台阶钻头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻头，用于使用了交叉层压木材(CLT)的建筑。钻头具有钻头切削件的锐化部分和钝化部分，它可以清除CLT中因CLT的层压成分的移动而部分遮挡的开口，而不会加长或以其他方式改变紧固件开口形状。钻头的使用是在施工现场，在预先制作或以其他方式被隐藏的紧固件开口中进行的，从而允许快速组装和建造由CLT制成的结构。

Description

用于清理交叉层压木材连接中变形的紧固件开口的带交替锐 化边缘的台阶钻头

技术领域

本发明涉及交叉层压木材(CLT)结构、用作紧固件的销钉和用于结构构件的连接处的现场制备。

更具体地，本发明涉及一种用于整理预制开口的钻头，所述预制开口用于推入销钉以连接两个结构构件。钻头在如下情况中使用，紧固件开口创建后，因结构构件的组成部分的滑动，这些开口可以被分类以允许销钉或紧固件名义上插入其中以完成建造过程。

背景技术

大型构件的建筑，当使用交叉层压木材(CLT)这类材料建造大型结构是一个相对较新的领域。在使用可持续材料和现代设计很重要的地方， CLT结构的使用正在向前发展。已发现这些材料与标准建筑材料，例如钢和混凝土，一样坚固耐用；但是，由于可持续材料的科学以及与这些专用材料的标准紧固件的使用相关的问题，必须采用新的方法来紧固建筑构件。

CLT构件是由实心锯材层粘合在一起制成的木板产品。每层板的方向垂直于相邻层并在每块板的宽面上粘合，通常以对称的方式使外层具有相同的方向。过去，当此类构件用作室内装饰或建筑物艺术构件时，构件的紧固可能包括将构件钉在一起或使用传统紧固件，例如螺栓，在构件上钻孔，从而连同垫圈和螺母将CLT束缚在一起。然而，今天，所述类型的木质构件甚至被用作大型塔楼和建筑物的外部结构构件。

可以理解，当金属构件不暴露于自然时，例如在房屋内的艺术品中，将金属与木制品结合使用可以是成功的实践。暴露于外部的金属会氧化，改变尺寸和形状并导致木纤维损坏。此外，通过这种标准紧固件倾向于将木质构件挤压，通过紧固紧固件的力，将CLT束缚在一起会导致表面木纤维被损坏。

为了减轻这些破坏性条件，CLT建设在面板中已预先钻出用于销钉的开口，因为面板作为在结构计划中的位置已构建和确定。与用于建造建筑物或桥梁的钢构件通常在结构中的位置标记相同，并带有预制紧固件的开口，CLT建设现在包括创建开口，用于使用放置的销钉来帮助在施工现场将两个或多个构件连接在一起。建筑的面板是在工厂中创建的，并参考了它们将要形成的建筑物中的特定位置。当构件完成时，在其中创建了开口。

不幸的是，已经发现这样制成的孔，包括台阶部分，其中每个台阶通常围绕穿过其中的单个轴同心定向，当面板被运送到施工现场时，由于用于构建CLT面板的组成木块的移动，这些孔被部分阻塞或隐藏。可以看出，在这样的面板中，已不再存在所有构件同心的单一轴线穿过开口的长度，因此阻碍了销钉在其中的容易地放置。虽然在大多数情况下移动是轻微的，但已经发现这种移动通常足以导致需要额外的力来驱动销钉，并且通常，对于台阶定位销，一个或多个台阶可能不再会很好地被销钉填充。如果销钉不能充分打入孔中，用户可能会将从表面延伸出的部分切掉，使其与表面齐平，而没有意识到通常安装在开口底部的销钉构件同样的升高，并且开口未被填充或被填充良好。这将导致连接减弱，这对结构的强度可能是致命的。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于在施工现场清理CLT面板中的预先形成的钻孔的装置，而不会使开口比设计者或工程师比指定的更深，只是使每个部分在插入销钉之前，与穿过其中的单个轴线再次基本同心，从而允许销钉在设置时合适地紧固结构的构件。

本发明的其他目的和优点将随着描述的进行变得显而易见。

发明内容

根据本发明，提供了一种钻头，具有一个或多个部分，包括台阶部分，用于清理木板中的开口的特定任务，而无需在钻头的长轴方向上扩大开口。钻头设计有切削刃和螺旋槽，以允许从开口的壁上刮削材料，从而使开口与要插入其中的销钉的形状相符。在结构的构件与其他构件连接之前，在结构构件的每个孔中使用钻头，在连接之前，对将要紧固在一起的其他构件中的开口进行同样的清理。清理后，分配给开口的销钉可以涂上粘合剂，要连接在一起的构件可以彼此靠近，然后可以更容易地将销钉穿过结构的一个构件进入与其相邻的构件，从而将这些构件连接在一起。

在另一实施例中，销钉可用作饼干(biscuit)，使得构件中的开口仅穿过面板的一部分，在开口被本发明的钻头清理之后，销钉插入到一个面板中，另一个面板的开口同样被清理，并将构件压在一起，直到销钉粘附到两个构件上。应当理解，在某些情况下，销钉在开口内的压力配合足以将面板保持在一起，在优选实施例中，销钉将与粘合剂一起使用，这将导致销钉和面板作为同类的构件；两个板因此连接到一起。

更具体地说，本发明提供了一种钻头，用于清理预先在交叉层压木材(CLT)中已经变形的开口，该钻头包括：沿钻头轴向设置的一个或多个被设计用于切割材料的切削刃和一个或多个被设计用于将钻头切割的材料从开口中挤出的螺旋槽。钻头的一个或多个切削刃中的最近端具有第一部分，该部分被锐化以适当地成形预先制成且目前变形的开口的内壁，并且具有未锐化的部分以当刃口到达障碍时停止钻头的轴向移动。

在一些实施例中，钻头的切削刃的被锐化的第一部分包括切削刃的 50％。但是应当理解，切削刃的被锐化的第一部分可以包括切削刃的 20％至50％或更多；通常使刃口的外边缘被锐化。此外，在一些实施例中，钻头包括2到3个台阶部分，可以具有2到4个台阶部分或实际上任何数量的台阶部分。

为了配合紧固件仅去除孔中所需的材料量，并且在三台阶开口的情况下，钻头的切削刃仅在第一和第二最近的台阶部分是被锐化的。但是应当理解，钻头将具有刃口的被锐化部分，以便仅延伸到与具有变形的开口的那些部分相等的深度。

在优选实施例中，用于阻止刃口在孔内前进的障碍是待清洁开口的台阶部分的肩部。

在另一个实施例中，提供了一种多阶钻头，用于清理多阶开口，包括的沿轴线的基本同心部分，预先在交叉层压木材(CLT)中制成，然后变形，该钻头包括刃口，沿钻头轴向设置在钻头的最接近的台阶，被设计用于切割材料，以及一个或多个螺旋槽以迫使由钻头切割的材料离开开口。钻头的刃口呈圆锥形，该圆锥形朝向钻头的近端一侧较大，朝向钻头的远端变窄，刃口在圆锥形的大部分处被锐化，在钻头的圆锥形的狭窄部分变钝，从而钻头的刃口适当地塑造预先形成的开口的内壁，并在刃口的钝的部分到达第一台阶的肩部时停止。

在以下描述和权利要求中提供了对本发明的更详细解释，并在附图中进行了说明。

附图说明

图1示出了长度可变的木材构件的透视图，其中有开口以准备连接。

图2示出了图1中木材构件的示意图，处于固定状态。

图3示出了图2中的构件沿图2中的3-3线剖开的剖视图。

图4示出了图3中具有本发明的钻头位于开口内的视图。

图5A和5B示出了在不同种类的木材上的工厂制开口。

图6A和6B示出了在不同种类的木材上工厂制开口中的销钉。

图7A示出了本发明的钻头的透视图。

图7B示出了图7A中B部分的细节视图。

图8示出了图7A的钻头的远端的视图。

图9示出了图7A的钻头的平面图。

图10示出了图7A钻头的正视图。

图11示出了另一种钻头，显示了多数个台阶。

图12示出了相邻木质构件的剖视图，示出了在使用本发明的钻头之前尝试插入销钉。

图13示出了在使用本发明的钻头期间相邻木质构件的横截面图。

图14示出了在使用本发明的钻头之后相邻木质构件的横截面图。

图15示出了在使用本发明的钻头且销钉插入其中后相邻木质构件的横截面图。

具体实施方式

虽然本发明可以有各种形式的实施例，但在附图中示出了许多当前优选的实施例，这些实施例将在下文更详细地讨论。应当理解，本公开应当被认为是对本发明的举例说明，而不是为了将本发明限制于所示出的具体实施例。还应当理解，本申请的这一部分的标题(“具体实施方式”)涉及美国专利局的要求，不应被认为是对本文公开的主题的限制。

参考附图，图1和图2示出了使用本发明的钻头的两块木板的一种类型的连接。构件10和构件12以近似直角连接在一起，使用构件10 中的紧固件开口14和构件12中的紧固件开口16，它们在紧固件，例如销钉，被压入其中以将构件连接在一起之前相互对齐。在本发明的一个优选实施例中(最清楚地显示在图12和图15中)，所使用的紧固件是台阶式木紧固件，这意味着沿着紧固件的长轴存在从紧固件的近端开始到其远端逐渐变小的周长。图3示出了从图2中的3-3线截取的连接的横截面。在横截面中，可以看到木质构件10和12，是使用木材层18 与其各自的木纹相互垂直地设置逐层层压在一起创建的，以形成交叉层压木材(CLT)木材构件。在图1、2和3中，显示了木质构件10、12中的开口，并且是干净的，从图3中可以清楚地看出，用于将两个构件10、12保持在一起的紧固件类型是台阶式紧固件；即紧固件沿同一轴线提供不同直径的部分。CLT结构组件中的优选紧固件是木销钉24，如图12和15以及图6A和6B中的横截面所示。在当前情况下，较小直径的开口16在远端而较大的开口14在近端，从而允许台阶式紧固件放置在开口中。

在制造用于建筑的CLT板10、12时，通常将在制造地点创建紧固件开口14、16，并将木质构件10、12运至现场准备组装，并标识出在施工计划中的确切位置。应当理解，由于所需的紧固件是台阶式紧固件，根据需要在其较宽的直径处提供更大的强度，与这种紧固件配合的孔或开口也必须具有台阶，并且当紧固件放置在开口内时，每个紧固件的台阶与开口的相应台阶相接。在基本的锁和钥匙的情况下。这在图3和图 4以及图12到图15中都清楚地示出了。图5A 和5B示出了在紧固件进入孔25之前构件10和12的连接。图5A和5B 示出了理想化的开口25，因为开口25在工厂中发货前的状态；显示了所有层18，其中的开口虽然完全对齐。

如图6A所示，紧固件开口14的位置必须以精确的方式制作，使得紧固件的每一层的肩部24s和杆24t被设置在提供给相配合的木质构件形成连接的最大强度位置。在图6A中，可以看出紧固件的最近端肩部24s正好位于组成层的中心部分，下一个肩部远端24s'被设置到第二木质构件12中，紧固件的实心部分或杆24t跨越两个木质构件10、12 的实际连接部26，以向其提供紧固件的不间断的跨距。已经发现，通过这种紧固件开口的创建和预准备系统，随着时间、运动和环境条件的变化，CLT的层压层可能并且经常发生变化。这就是本发明要解决的问题。

将看到，特别是在图3(但也在图12)中，顶部构件中的木材组成层18(可见，因为该横截面是沿着垂直于木材构件的木纹的平面截取的平面；而底部横截面是通过平行于木纹轴线的单层截取的)在形成开口25和构件10、12被运送到施工现场之间的时间段内易于移动。将注意到，对于每一层示出的开口14A的轴线由于移动而被示为弯曲的虚线；导致开口的圆柱形部分不再是同心的。由于这样的移动，紧固件 24不能再装配到为其创建的开口14中，如图12所示。

现有技术补救措施是，为了使紧固件24配合在现有的开口14内，使用用于形成孔25的原始钻头30清理孔25，如图4所示。然而，使用在此操作中，原始钻头30往往会损坏开口，因为在工厂中可能达到的精度，在理想条件下，在现场无法获得；并且人们这样用原始钻头清洗出的开口具有损害孔的倾向，除其他事项外，还包括使得深度25d 比原来的更深，包括降低了每个台阶状层的肩24s并使冲孔的最低(或最远端)层27更深。

这样的动作然后导致紧固件更深地放置在开口中，影响紧固件和连接的强度；改变了构造从而损害了结构。同样可以理解的是，由于缺乏在工厂是可利用的控制，在现场使用原始钻头还可能会导致诸如损坏开口、使其过大和歪斜等后果。

本发明提供了一种钻头40，如图7A和7B所示，其尺寸和成分与用于制造孔25的原始钻头相似，但具有在钻头40上形成的战略性的被锐化边缘42和钝化边缘44，有助于清理开口14但不能切割超过开口的原始参数。本领域的普通技术人员将理解，典型的钻头被构造成具有整个锐利表面以便为钻头提供切削力；此处，不希望钻头切割超出紧固件开口14的原始形状并贯穿紧固件孔25的整个深度。

现在参考图7A，示出了本发明的钻头40。可以看出，钻头40包括台阶式钻孔部分46、47和48，以便能够为台阶式紧固件24开孔。所示的钻头40具有切削刃50和螺旋槽52以允许钻头以本领域普通技术人员公知的方式切割木材并从开口移除切割的木材。然而，在本发明的钻头中，如图7B中最清楚地所示，钻头40的切削刃50被制成使得切削刃口42的近侧变被锐化并且刃口的远侧44被制成钝化部。在优选实施例中，被锐化表面大约是刃口面的一半，而钝化部是刃口的另一半。还应理解的是，由于钻头的切削表面包括锥形截面，因此将看到刃口 42的被锐化部分是离杆48或钻头40的轴线最远的部分，而切削表面的钝化边缘44是最靠近杆48或钻头40的轴线的部分。被锐化构件和钝构件的相对位置对于理解过程是重要的，本发明中的清理被引导到孔的外圆周，并且表面的钝化部的使用，如下文将描述的，在适当的时刻停止该上述过程。本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的新颖范围的情况下，可以改变锐利与钝化的百分比以达到期望的结果。

还应当理解的是，木材组成层18的移位仅影响木质构件10，其中紧固件孔垂直于层压木材的组成层18制成，而且在木材构件12部分不会发生移位，至少没达到需要修复的程度，在该部分钻头顺着木纹切割 (参见图1中的下部木材构件)。

因此，在本发明的清理钻头的制造中，可以单独对钻头的最近端的部分进行尖锐化，以充分有效地清理近端的移位木层，而不影响更低的层。钻头的其余刃口，其中，钻头40的部分46，可以保持钝化；从图3中可以看出，这些刃口只接触在紧固件开口25的内圆周中的位置 56，该位置木材没有移动，因此不需要清理。

在钻头40上，使用以上述方式和图7A和7B中所述的方式锐化的刃口50，使钻头从开口的圆周上去除材料(由于层移动)但是，因为下部或内部部分44没有被锐化，所以钻头40不会将肩部24s切得更深。当钝化边缘44撞击肩部24s时，钻头40刃口50的钝化边缘44将实际停止钻头40，这表示清理过程完成。

本领域普通技术人员将理解，可以提供任意数量的肩部(如图11 所示)，并且根据需要，本发明的钻头可以根据需要在任何刃口上具有被锐化的段，在不脱离本发明的新颖范围的情况下，由木材的层数和分层部分的长度决定。图8到图11中更清楚地显示了钻头40的构件。

图4示出了紧固件开口25内的现有技术的钻头30，并且开口的轴线14A现在完美地笔直地穿过开口25，开口已经扩大，使得选择用于该开口的紧固件24现在变得相对于开口来说太小，并且会在开口内长久停留，从而削弱了连接。

为了说明清理紧固件开口的步骤，包括了图12至图15的一系列附图，首先示出紧固件24由于组成层的移动不能放入两个木质构件10、 12的连接处的所需位置，原因是：通过示出紧固件24不能正确地推入开口14，并且紧固件在其大约在其进入开口的中间点处被卡住。在图 13中，本发明的钻头现在用于清理开口。该动作是通过使用其中带有钻头40的钻，并且在孔25内运行钻头，直到钻头通过本发明的操作而停止来完成的。这意味着壁已经被钻头40的刃口部分42切割并且钻头已经被操作，直到导致刃口部分44撞击孔内的肩部构件导致刃口停止。然后可以将钻头从孔25中取出，孔25现在显示为更好的清洁状态，如图14所示。然后可以根据需要放置紧固件24，如图15所示。

尽管已经示出和描述了本发明的说明性实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的新颖精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种修改和替换。

Claims (18)

1.一种钻头，用于清理在交叉层压木材(CLT)预先形成后变形的开口，该钻头包括：

一个或多个沿钻头轴向设置并设计用于切割材料的刃口和一个或多个设计用于迫使钻头切割的材料离开开口的螺旋槽；

其特征在于，钻头的一个或多个刃口具有远离钻头轴线的被锐化部分，用以成形预先制成且当前变形的开口的内壁，并且钻头的一个或多个刃口具有靠近钻头轴线的未锐化的部分，用以刃口接触到障碍时停止钻头的轴向移动。

2.如权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述刃口的被锐化部分包括刃口面的50％。

3.如权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述刃口的被锐化部分包括所述刃口的外边缘上被锐化的刃口面的20％至50％之间。

4.如权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述钻头包括2到3个台阶部分。

5.如权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述钻头包括2至4个台阶部分。

6.如权利要求1所述的钻头，其特征在于，具有至少两个台阶部分。

7.如权利要求4所述的钻头，其特征在于，所述钻头的刃口在钻头的台阶部分的下部保持钝化。

8.如权利要求1所述的钻头，其特征在于，当所述未锐化的部分撞击开口内肩部时，该未锐化的部分将停止钻头。

9.如权利要求1所述的钻头，其特征在于，用于停止刃口的所述障碍是待清理开口的台阶部分的肩部。

10.一种多级钻头，用于清理多阶开口，该开口包括沿轴线基本上同心的部分，预先在交叉层压木材(CLT)中形成，然后变形，该钻头包括：

刃口，沿钻头的轴向设置在钻头的外圆周，被设计用于切割材料，以及一个或多个螺旋槽以迫使由钻头切割的材料离开开口；

所述刃口呈圆锥形，使得锥体远离钻头的远端时变大而靠近钻头的远端时变窄；

所述刃口在锥体的变大的部分被锐化，在锥体的变窄的部分被钝化；

其特征在于，钻头的刃口成形预先制成的开口的内壁，并且当刃口的被钝化部分接触台阶部分的肩部时使其停止。

11.如权利要求10所述的钻头，其特征在于，所述刃口的被锐化部分包括刃口面的50％。

12.如权利要求10所述的钻头，其特征在于，所述刃口的被锐化部分包括所述刃口的外边缘上被锐化的刃口面的20％至50％之间。

13.如权利要求10所述的钻头，其特征在于，所述钻头包括2到3个台阶部分。

14.如权利要求10所述的钻头，其特征在于，所述钻头包括2到4个台阶部分。

15.如权利要求10所述的钻头，具有至少两个台阶部分。

16.如权利要求13所述的钻头，其特征在于，所述钻头的刃口在钻头的台阶部分的下部保持钝化。

17.如权利要求10所述的钻头，其特征在于，当所述被钝化的部分撞击开口内肩部时，该被钝化的部分将停止钻头。

18.如权利要求10所述的钻头，其特征在于，用于停止刃口的障碍是待清理开口的台阶部分的肩部。

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