CZ402997A3 - Systém spojování dřevěných nosných konstrukcí - Google Patents

Description

Systém spojování dřevěných nosných konstrukcí

Oblast techniky

Vynález se týká nosných konstrukcí ze dřeva, způsobu jejich zhotovování a závrtného šroubu jako výrobního prostředku podle význakové části nároku 1.

Dosavadní stav techniky

Taková nosná konstrukce je známa jako hřebíkové spojení Graim a je popsána v DE 29 14 716 C2. Dřeva, která se mají spolu spojit, jsou opatřena zářezy, jež jsou spolu sesazeny styčníkovými plechy a napříč, aby se spojení zajistilo, jsou probity skrze styčníkové plechy hřebíky. Takové spojení dřeva ocelovými plechy a hřebíky se osvědčilo. Nevýhodné je ale, že se, všeobecně vzato, musí pro jeden styčný spoj použít několika vzájemně rovnoběžných plechů, aby se bez předvrtání mohly plechy probít hřebíky. Více spojů na jednom stykovém spoji vyžaduje ale ve dřevech odpovídající počet zářezů, což spojení dřeva ocelovými plechy a hřebíky prodražuje. Dále se musí použít poměrně velké množství hřebíků, aby se styčný spoj zajistil.

Z DD 236 536 A1 je znám spojovací prvek pro deskovité díly, u něhož se konstrukční členy a spoje styčníkového bodu předvrtají a potom se spojovací prvek se samořeznými závity na svých koncích a hladkým tělem uprostřed zašroubuje. Tento výrobní postup je kvůli předvrtávání zdlouhavý a kvůli nedostatečnému ukotvení spojovacího prvku v plechu nemá velkou nosnost.

K upevnění zpracovávaného kusu malé tvrdosti na zpracovávaném kusu větší tvrdosti je znám závrtný a závitový tvářecí šroub ( DE 15 00 798 B ), který má šroubovou hlavu, vrtný hrot, závitové tělo a odlomitelné výčnělky, jež slouží k řezání vrtné díry v měkčím materiálu a při naražení na tvrdší materiál se odlomí. Závitové tělo se muže ve vrtání, odvrtaném hrotem vrtáku, zakotvit. Trojvrstvá nosná konstrukce se středním styčníkovým plechem a vnějšími dřevěnými konstrukčními díly se nemůže s takovým závrtným šroubem montovat.

Podobný samovrtný a závitořezný šroub je znám z DE 42 16 198 A1. S ním se může pevně sešroubovat jen jednovrstvé dřevo s kovem.

Konečně jsou známé šroubové svorníky s předním a zadním závitovým úsekem (CH 687 036 A5). Mezi oběma závitovými úseky se táhne část bez závitů a pomocná řezná hrana k frézování díry, odpovídající průměru jádra zadního závitového úseku. Tímto šroubovým nosníkem se mohou bezprostředně sešroubovat dva dřevěné díly, nikoli však skrze styčníkový plech.

Cílem vynálezu je dát k dispozici dřevěnou nosnou konstrukci uvedeného druhu se zlepšeným spojením dřeva, kovového plechu a dalšího dřeva.

I

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je dřevěná nosná konstrukce.

Předmětem vynálezu je též závrtný šroub, který je vhodný pro spojení dřeva s plechem a dalším dřevem.

Cíle vynálezu se dosahuje řešením podle nároků 1, 3 nebo 5, která jsou dále rozvedena v závislých nárocích.

Použitím nejvýše dvou styčníkových plechů uvnitř dřevěné nosné konstrukce se dají zjednodušit přípravné práce na dřevěných konstrukčních dílech a tím snížit výrobní náklady. Použitím vrutů místo hřebíků se dá snížit počet prvků, neboť závrtné šrouby se silnějšími dříky podle vynálezu se mohou používat bez jinak potřebného předvrtávání než by to bylo možné u hřebíků. Přitom dojde k dobrému zakotvení v plechu. Závit na částích vrutů působí příznivě na ideální zakotvení spojovacího prvku ve dřevě, takže dřevo tím přispívá k vyztužení jeho upevnění ve dřevě s ohledem na moment ohybu, vzniklý smykovým namáháním.

Protože se u nového systému požaduje vynechání předvrtávání příslušného styčníkového plechu zvláštním nástrojem, musí se spojovací prvky vytvořit tak, aby se jimi mohl provrtat silnější ocelový plech. Silnější ocelový plech se ale nedá provrtávat stejnou posuvnou rychlostí jako dřevo. Dále se požaduje, aby během provrtávání styčníkového plechu nedocházelo ke svírání těla šroubu ve dřevě. Proto má vrtný hrot dva vrtné úseky, rozdílného průměru, aby se až k dosažení styčníkového plechu, vrtala do dřeva dostatečně velká díra, ve které není přední úsek šroubu svírán. Díra ve styčníkovém plechu se vrtá předním vrtným úsekem při velmi malém posuvu, po ní se do tohoto styčníkového plechu řeže s rychlejším posuvem závit, takže se přední úsek šroubu může ve styčníkovém plechu zakotvit. Rozumí se, že odpovídající volbou vnějšího průměru závitu zadního úseku šroubu se dosáhne v předem vyvrtané díře dřevěného konstrukčního dílce dobrého zakotvení.

Přehled obrázků na vvkrese

Vynález bude déle popsán s odkazy na výkresy, na kterých jednotlivé obrázky znázorňuj:

obr. 1 první provedení závrtného šroubu v pohledu ze strany, obr. 1A pohled shora na závrtný šroub, obr. 2 obměněný detail - vrtný hrot při pohledu ze strany, obr. 3 vrážení vrtného šroubu do dřeva a styčníkového plechu ve schematickém znázornění, obr. 4 druhé provedení závrtného šroubu při pohledu ze strany, obr. 4A pohled shora na závrtný šroub, obr. 4B zvětšený detail z obr. 4, obr. 5 obměněný vrtný hrot při pohledu ze strany.

• ♦

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 a obr. 1A ukazují závrtný šroub 1, který má vrtný hrot 2, přední závitový úsek 3, zadní závitový úsek 4 a hlavu 5 šroubu. Vrtný hrot 2 zahrnuje první vrtný úsek 11. sestávající ze dvou v úhlu vzájemně uspořádaných břitů a druhý vrtný úsek 12. sestávající ze dvou odlomitelných křidélek 22, vytvarovaných z materiálu těla nebo z plechu. Vrtné úseky 11. a 12 jsou vzájemně uspořádány stupňovitě, tj. jsou uspořádány v axiálním směru za sebou a v radiálním směru zevnitř směrem ven. Břity jsou vytvořeny k vrtání do dřeva a kovu. Proto se může mluvit o samořezném šroubu 1 pro ocel a dřevo. Mezi dvěma úseky 3 a 4 těla je ještě jeden stupeň 17, který může mít například bočný úhel 45 stupňů.

Přední úsek 3 těla je opatřen závitem 13 do dřeva, například 0,5 mm šířky a 2,5 mm stoupání. Vnější průměr di činí např. 9 mm, zatím co průměr jádra ki činí 8 mm. Zadní úsek 4 těla je opatřen také závitem 14 do dřeva, který může mít šířku 0,8 mm a stoupání 2,5 mm. Vnější průměr d₂ zadního úseku 4 těla činí v daném příkladu provedení 11 mm, zatím co průměr k₂ zde souhlasí s vnějším průměrem di a činí 9 mm. Až na přesah 0,2 mm souhlasí průměr ki prvního vrtného úseku H s průměrem ki jádra předního úseku 3 těla a také vnější průměr Di druhého vrtného úseku 12 má stejný rozměr jako vnější průměr di předního úseku 3 těla. Není ale třeba, aby tyto hodnoty D₁₍ di na jedné straně a Ki a na druhé straně souhlasily. Průměr Ki prvního vrtného úseku 11 může být o 0,2 mm větší než průměr ki jádra, také průměr D1 druhého vrtného úseku 12 může být o něco větší než vnější průměr di nebo průměr jádra Přesah se určí empiricky a závisí na hustotě dřeva, kterého se u dřevěné nosné konstrukce používá. Plech nebo dřevěný materiál přetvařovaný do protizávitu musí být totiž umístěn v prostoru mezi vyvrtanou dírou a jádrem.

Hlava 5 má imbusový tvar 15, který zasahuje poměrně hluboko a kopíruje boky zubů, jak se dá nejlépe poznat z obr. 1A. Takovéto vytvoření je známo jako Torx-Antrieb a umožňuje přenést na závrtný šroub 1 poměrně velké točivé momenty. Hlava má k tělu šroubu kuželovitý přechod 16 z obou úseků 3 a 4.

Mohou být použity také jinak vytvořené hlavy 5, pokud jsou způsobilé snést velké točivé momenty.

Obr. 2 ukazuje obměněný vrtný hrot 2, pozůstávající z vsazené destičky 20 s řeznými hranami 21. k vytvoření prvního vrtného úseku H Křidélka 22 k vytvoření druhého vrtného úseku 12 jsou spojena přes odlamovací místa 23 s trubkou, tvořící tělo. Vrtná destička 20 sama je upevněna v příčné drážce 24 na předním konci závrtného šroubu 1, například sevřením.

Provedení vrtného hrotu 2 podle obr. 2 má tu výhodu, že materiál šroubu 1 a vrtné destičky 20 může být různý, aby mohly být lépe vyhověno příslušným požadavkům. Všeobecně se pro tělo šroubu použije houževnatějšího materiálu než pro vrtný hrot, který vyžaduje pro řezání do oceli tvrdý materiál.

Obr. 3 ukazuje průřez jedním dílem styčného bodu dřevěné nosné konstrukce. První styčníkový plech 30 je vsazen do drážky podlouhlých dřevěných konstrukčních dílů, takže přední úsek 31 dřevěného konstrukčního dílu a zadní úsek 32 dřevěného konstrukčního dílu se mohou rozlišit. Při použití dvou styčníkových plechů navazuje další úsek dřevěného konstrukčního dílu vlevo na úsek 31 při zasazení druhého plechu do mezipolohy. Tloušťka zpětného úseku 32 odpovídá délce zadního úseku těla 4 plus hlavy 5 šroubu, zatímco délka předního úseku 3 těla s vrtným hrotem 2 je poněkud kratší než tloušťka předního předního dřevěného konstrukčního úseku 31.

Jak je znázorněno na obr. 3 nahoře, vpraví se závrtný šroub 1 do zadního dřevěného tělesa 32, přičemž se ve dřevě vytvoří vrtání 34 o průměru Světlost vrtání Di může být, jak bylo již zmíněno, rovna průměru di nebo o něco větší. Když vrtný hrot 2 dosáhne styčníkového plechu 30, vyvrtá se v něm vrtání 35 o průměru K|. Rozumí se, že přitom posuv vrtného šroubu 1 je velmi malý, přičemž se chody 13 závitu otáčejí volně ve vrtání 34, aniž by se zařezávaly. Když vrtný hrot 2 pronikl plechem 30, dosáhlo se křidélek 22 a ta se ve svých odlamovacích • · · · · · · · · • · ·· · · · A · A · · • A AA·· ··· ··· ··· ·· ·· ·· ·· místech 23 odlomí a šroub 1 může postupovat dále až k dosažení chodů 13 závitu. Chody 13 závitů zasahují nyní již do stěny 35 vrtání, vytvořené v plechu 30 a poskytují jisté vedení šroubu i dopředu. Vrtá se vrtání 33 o průměru Κ_Ί v předním úseku dřevěného konstrukčního dílu 31. přičemž se chody 13 závitů vrývají do stěny vrtání. Šroub 1 se vhání dále do dřevěných konstrukčních dílů, až rameno 17 se dostane na doraz ke styčníkovému plechu 30. Dřevo má všeobecně postačující poddajnost, takže také hlava 5 šroubu se může přimět k zapuštění, přičemž kuželový přechod 16 tomu velmi napomáhá.

Při použití dvou styčníkových plechů se vrtá zleva i zprava, přičemž přední úseky 3 těla se opět setkají v úseku 31.

Získaná struktura vyniká tím, že oba úseky 3 a 4 těla závrtného šroubu 1 v důsledku zařezávajícího se závitu 13 a 14 jsou ukotveny ve svých příslušných dřevěných konstrukčních dílech 31, 32. Závrtné šrouby 1, montované v dřevěných konstrukčních dílech, jsou namáhány v důsledku příčného zatížení skrze příslušný styčníkový plech na smyk, což vede k ohybovému momentu, působícímu na závrtný šroub. Dobrým ukotvením závrtného šroubu ve dřevě přijímá dřevo část tohoto momentu ohybu, tj. šroub se prostřednictvím dřeva vyztuží. Protože se tělo šroubu může udělat relativně tlusté, je tím dána další snadná možnost na ně moment ohybu přenést.

Obr. 4, 4A a 4B ukazují druhé provedení závrtného šroubu, kterému se občas dává přednost. Stejné vztahové značky označují stejné funkční díly jako v provedení z obr. 1. Hlavní rozdíl spočívá ve vyobrazení druhého vrtného úseku

12. Ten je překryt závitovým úsekem 3 a spočívá z řezných hran 25, které jsou tvořeny mezerami v závitu 13. Mezery 26 v závitu 13 jsou z výrobních důvodů vzájemně uspořádány axiálně za sebou, podobně, jak je to známo u řezných hlav závitů. Břity 25 neslouží však k řezání závitů ve dřevě, ale k odfrézování válcovité dřevěné vrstvy, aby se vrtání 34 rozšířilo z nejprve vrtaného průměru Ki na průměr di.

• · · · • · 4 4 · · 4 • · ··« 4 · · · • · · 4 4 ······· • · ·«·« · 4 4

4 · 444 ·4 4 · 4 4 ·4

Závrtný šroub 1. podle obr. 4 se používá stejným způsobem jak je to popsáno v souvislosti s obr. 3. Když však vrtný hrot svým prvním vrtným úsekem 11 dospěje k plechu 30. plynulá rychlost posuvu například 2,5 mm na otáčku se sníží pro vrtání v oceli na mnohem nižší rychlost posuvu, např. 1/100 mm na otáčku. Závitová žebra 13 závrtného šroubu nemohou již sledovat chody závitů ve dřevě a břity 25 odfrézovávají dřevo podél válce, jehož radiální tloušťka odpovídá výšce žeber 13 závitů. Mohlo by se také mluvit o vyškrábávání vrtání o průměru Κ_Ί na průměr di. Když výška závitu je malá, s hodnotou 0,5 mm, probíhá toto navrtávání velmi rychle, při asi jedné otáčce závrtného šroubu a točivý moment, potřebný pro frézování je menší než točivý moment k řezání vrtání v oceli. Při větší výšce závitu, je třeba k navrtání více než jedné otáčky, což je rovněž přínosné. Ještě k tomu se může připustit zvětšení výšky závitu mezi vrtným hrotem 2 a stupněm

17. aby se pro pracovní fázi frézování rozvrhl potřebný točivý moment na větší počet otáček.

Vůči provedení s odlomitelnými křidélky 22 se tedy nejprve tvoří chody závitů ve dřevě, odpovídající závitu 13 a ten se potom k časovému bodu, kdy dorazí první vrtný úsek JJ k plechu, rozruší frézováním nebo zaškrabáním. Tímto způsobem se v zadním úseku 32 dřeva získá vrtání o průměru di, které nezabraňuje fázi vrtání v plechu, tj. tělo 3 není svíráno.

Když vrtný úsek 11. vytvořil vrtání v plechu 30, přepne se znovu na rychlejší posuv, a závit 13 se svými břity 25 se zařezává do kovu, aby vedl a posouval vrtný šroub tak, jak odpovídá závitu. To odpovídá předpokladům, jak jsou popsány na obr. 3.

Obr. 5 ukazuje provedení s plátky 20 z tvrdého kovu, jako prvním úsekem vrtání. Nejkrajnější zakončení vrtného hrotu 27 je opatřeno určitým zaoblením, aby se omezilo vnikání hrotu do oceli a tím namáhání plátku. Tím se zabrání, aby se vrtný plátek 30 nevytrhl z ukotvení.

Claims (12)

00 0« 0 0 0 0 0 • «00 00 0000 0 • · 000 0 PATENTOVÉ NÁROKY
1. ·· ···· • · • 1 ► · · ·

   a) dřevěné konstrukční díly ( 31, 32 ) se vyrovnají vůči nejméně jednomu kovovému plechu (30),

   b) zadní dřevěný konstrukční díl (32) se provrtá nejméně jedním závrtným šroubem (1), který má vrtný hrot (2), přední úsek (3) těla, zadní úsek (4) těla a hlavu (5) šroubu, a přitom se vytvoří ve dřevě první vrtaná díra (34) s prvním průměrem (D! nebo d^,

   c) kovový plech (30) se provrtá závrtným šroubem (1) a přitom se vytvoří vrtaná díra (35) v plechu s druhým průměrem (Ki),

   d) přední dřevěný konstrukční díl (31) se provrtá závrtným šroubem (1) a přitom se vytvoří druhá vrtaná díra (33) s druhým průměrem (K-i),

   e) současně s krokem d) se postupně s pronikáním závrtného šroubu (1) vyřezávají závitové úseky do dřevěných konstrukčních dílů ( 31, 32 ) a kovového plechu (30), a to do plechu (30) a do předního dřevěného konstrukčního dílu (31) s vnějším průměrem (di) předního úseku (3) těla a do druhého dřevěného konstrukčního dílu (32) s vnějším průměrem (d₂) zadního úseku (4) těla.

   1. Dřevěná nosná konstrukce s dřevěnými konstrukčními díly, které jsou zpracovány a přizpůsobeny sobě navzájem pro nejméně jeden styčníkový spoj, se spojovacími prvky, které procházejí dřevěnými konstrukčními díly napříč k uvedenému nejméně jednomu styčníkovému plechu, vyznačující se tím, že spojovací prvky jsou vytvořeny jako závrtné šrouby (1), které mají vrtný hrot (2), přední úsek (3) těla, zadní úsek (4) těla a hlavu (5) šroubu, přičemž přední úsek (3) těla je opatřen prvním závitem (13) s prvním průměrem (k^ jádra a prvním vnějším průměrem (dú a zadní úsek (4) těla je opatřen druhým závitem (14) s druhým průměrem (k₂) jádra a druhým vnějším průměrem (d₂), první vnější průměr (dú odpovídá přibližně druhému průměru (k₂) jádra, vrtný hrot (2) je upraven jednak k předvrtání zadního úseku (34) vrtání ve dřevě s prvním vnějším průměrem (d^ nebo o něco větším průměrem (Di) a jednak také k provrtání styčníkového plechu (30) a k dalšímu vrtání ve dřevě pro přední úsek (33) vrtání s prvním průměrem (ki) jádra nebo o něco větším průměrem (Ki), přičemž přední úsek (3) těla je svým závitem (13) ukotven v předním úseku (33) vrtání a ve vrtání (35) styčníkového plechu (30) a zadní úsek (4) těla je ukotven v zadním úseku (34) vrtání.
2. 2. Dřevěná nosná konstrukce podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka předního úseku (3) těla je poněkud menší než kombinovaná tloušťka předního úseku (31) dřevěného konstrukčního dílu a styčníkového plechu (30), zatímco kombinovaná délka zadního úseku (4) šroubu a hlavy (5) šroubu odpovídá tloušťce zadního úseku (32) dřevěného konstrukčního dílu.
3. 3. Způsob výroby dřevěné nosné konstrukce s nejméně jedním spojením mezi předním (31) dřevěným konstrukčním dílem a zadním (32) dřevěným konstrukčním dílem a kovovým plechem (30), zejména u styčníku příhradové konstrukce, s těmito kroky:
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že první do dřeva vrtaná díra (34) se vytváří ve dvou dílčích krocích:

   bO vrtání s průměrem (K1) jádra vrtného hrotu (2) jako prvním vrtným úsekem (11) a b₂) navrtání s vnějším průměrem ( D₁ nebo di) druhého vrtného úseku (12) závrtného šroubu.
5. 5. Závrtný šroub s vrtným hrotem (2), s předním úsekem (3) těla, se zadním úsekem (4) těla a s hlavou (5) šroubu, přičemž vrtný hrot (2) tvoří první vrtný úsek (11) k provrtání také silnějšího kovového plechu (30), na vrtný hrot navazují navrtávací prostředky jako druhý vrtný úsek (12) k navrtání vrtání (34) ve dřevě, • · · · · · • · první úsek (3) těla je opatřen prvním závitem (13) do dřeva s prvním průměrem (ki) jádra a prvním vnějším průměrem (dO a zadní úsek (4) těla je opatřen druhým závitem (14) do dřeva s druhým průměrem (k₂) jádra a druhým vnějším průměrem (d₂), první vnější průměr (di) odpovídá přibližně druhému vnějšímu průměru (k₂), první vrtný úsek (11) má vnější průměr (Ki), který odpovídá prvnímu průměru (ki) jádra nebo je poněkud větší, navrtávací prostředky (12),mají vnější průměr, který odpovídá prvnímu vnějšímu průměru (di) předního úseku (3) těla neboje trochu větší.
6. 6. Závrtný šroub podle nároku 5, vyznačující se tím, že navrtávací prostředky (12) jsou tvořeny řeznými hranami (25), které byly vytvořeny na prvním závitu (13) do dřeva, mezerami (26) v žebrech závitů.
7. 7. Závrtný šroub podle nároku 5, vyznačující se tím, že druhý vrtný úsek (12) má odlomitelné díly (22), které jsou vytvořeny k odlomení při naražení na kovový plech (30).
8. 8. Závrtný šroub podle nároku 7, vyznačující se tím, že průměr (Κ_Ί) prvního vrtného úseku (11) vrtného hrotu (2) je trochu větší než průměr (ki) jádra prvního úseku (3) těla a průměr (DO druhého vrtného úseku (12) vrtného hrotu je poněkud větší než vnější průměr (dO prvního úseku (3) těla.
9. 9. Závrtný šroub podle jednoho z nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že vrtný hrot sestává z vrtného plátku (20), který je upevněn v příčné drážce (24) na předním konci závrtného šroubu.
10. 10. Závrtný šroub podle nároku 9, vyznačující se tím, že vrtný plátek (20) má zaoblený hrot (27).
11. 11. Závrtný šroub podle jednoho z nároků 5 až 10, vyznačující se tím, že hlava (5) šroubu má kuželový přechod (16) k tělu šroubu a má imbusový tvar (15), která kopíruje boky zubů.
12. 12. Závrtný šroub podle jednoho z nároků 5 až 11, vyznačující se tím, že výška závitu prvního předního závitu (13) do dřeva je menší než výška závitu druhého zadního závitu (14) do dřeva.