МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ДЮБЕЛЬ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
METAL DOWEL TO FIX INSULATION MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области строительства, в частности к креплению теплоизоляционного материала к несущим конструкциям зданий и сооружений.
Уровень техники
Известные металлические дюбели для крепления теплоизоляционных материалов (патент ЕР 0701068, опубл. 13.03.1996; патент ЕР 1493931, опубл. 05.01.2005; патент ЕР 0870936, опубл. 14.10.1998) изготавливаются, как правило, штамповкой из листового металла, поэтому их ножка в виде полого цилиндрического стержня имеет продольный разрез. Для надежного равномерного прижатия слоя рыхлого малопрочного теплоизоляционного материала к поверхности несущего основания шляпка дюбеля должна иметь диаметр, намного больший диаметра ножки, что практически невозможно выполнить, если шляпка и ножка штампуются из одного куска листового металла (патент ЕР 1493931, опубл. 05.01.2005). По этой причине шляпка и ножка выполняются как отдельные детали, соединяемые тем или иным способом (патент ЕР 0701068, опубл. 13.03.1996; патент ЕР 0870936, опубл. 14.10.1998).
Эти дюбели имеют три существенных недостатка.
При монтаже дюбеля на несущем основании оператор прикладывает к шляпке дюбеля ударные нагрузки. Направление этих нагрузок часто не совпадает с направлением оси ножки. Вследствие этого возможны поперечные (радиальные) и (или) угловые смещения шляпки относительно оси ножки. Эти смещения ослабляют (расшатывают) крепление шляпки к ножке, снижая его прочность, и, как следствие, уменьшают максимально возможную силу прижатия шляпкой слоя теплоизоляции к поверхности несущего основания, т.е. снижают несущую способность дюбеля. Это является первым недостатком известных дюбелей.
Указанная выше несоосность ударных нагрузок и оси ножки дюбеля вызывает деформации изгиба ножки. Продольный разрез на ножке значительно снижает ее изгибную жесткость и прочность, поэтому деформации изгиба ножки велики и в результате диаметр отверстия, проделанного ножкой в теплоизоляции, оказывается значительно большим диаметра ножки. Образующийся кольцевой зазор между ножкой и слоем теплоизоляции ухудшает его теплоизолирующее свойство. Указанная малая изгибная прочность может даже приводить к «складыванию» (локальному необратимому изгибу) ножки при значительной угловой несоосности нагрузки и ножки. Это является вторым недостатком известных дюбелей.
Наружная поверхность ножки, изготовленной из листового металла, гладкая, поэтому силой, удерживающей дюбель в отверстии несущего основания, является только сила трения дюбеля о поверхность отверстия. Какое-либо взаимное зацепление шероховатостей поверхности отверстия с шероховатостями поверхности ножки отсутствует по причине отсутствия последних. Эта сила трения пропорциональна силе прижима поверхности ножки к поверхности отверстия, однако сила прижима, возникающая вследствие того, что диаметр ножки незначительно больше диаметра отверстия, не может быть большой, т.к. ножка полая тонкостенная и, к тому же, имеет продольный разрез. Как следствие этого - усилие, необходимое для извлечения ножки из отверстия, невелико, т.е. несущая способность дюбеля понижена. Это является третьим недостатком известных дюбелей.
Наиболее близким по конструкции и принципу действия является дюбель в соответствии с патентом ЕР 0658667, опубл. 21.06.1995. В нем использованы конструктивные решения, направленные на устранение указанных выше трех недостатков. Этот дюбель содержит ножку в виде полого цилиндрического стержня с выполненным на всей ее длине продольным разрезом, часть каждого из двух краев упомянутой цилиндрической ножки, которые образованы упомянутым разрезом, загнута внутрь упомянутой цилиндрической полости ножки, а также содержит шляпку в виде диска с центральным отверстием, закрепленную на одном из концов ножки. Центральное отверстие шляпки имеет отбортовку в виде усеченного конуса, направленную внутрь полости ножки таким образом, что основание конуса касается торца ножки по окружности. Это касание, т.е. контакт шляпки и ножки по линии окружности, в значительной мере уменьшает возможность поперечного (радиального) смещения шляпки относительно ножки. Однако угловым смещениям шляпки относительно ножки этот контакт не препятствует. Между тем, именно угловые смещения шляпки относительно ножки наиболее опасны с точки зрения «расшатывания» (ослабления) крепления шляпки к ножке. Таким образом, первый из отмеченных выше недостатков в этой конструкции устранен не полностью.
Для увеличения изгибной жесткости и прочности ножки упомянутые края цилиндрической ножки, образованные упомянутым разрезом, загнуты внутрь полости, образуя при этом продольные ребра жесткости. Этим самым, казалось бы, устраняется второй из отмеченных недостатков известных дюбелей.
Для увеличения сцепления ножки с шероховатостями поверхности отверстия несущего основания в ножке в непосредственной близости от упомянутых ребер жесткости выполнен вдоль них ряд отверстий. Неровности (шероховатости) поверхности основания, заглубляясь в эти отверстия, должны увеличивать силу сцепления ножки с несущим основанием, и этим, казалось бы, устранен третий недостаток известных дюбелей. Однако, как показано ниже, выполнение этих отверстий в указанном месте не только не устраняет третьего недостатка, но и сводит на нет положительное влияние упомянутых ребер жесткости с точки зрения устранения второго недостатка.
Необходимым условием сцепления шероховатостей основания с упомянутым рядом отверстий является не только контакт ножки и несущего основания в зоне этого ряда отверстий, но и прижатие ножки к основанию в этой зоне со значительным усилием. Между тем, как показано ниже при рассмотрении существа настоящего изобретения, эта зона ножки прижимается с наименьшим по сравнению с другими зонами усилием или даже вовсе может не иметь контакта с основанием. Таким образом, размещение ряда отверстий вдоль краев продольного разреза в непосредственной близости от него не является решением, эффективно устраняющим третий из отмеченных выше недостатков известных дюбелей. Вместе с тем выполнение отверстий в ножке снижает сопротивление ножки изгибу (снижает ее изгибную жесткость и прочность). Ситуация усугубляется тем, что отверстия предлагается выполнять в том месте ножки, где изгибающий момент от несоосно приложенной к шляпке ударной нагрузки имеет максимальное значение. Таким образом, выполнение указанных отверстий в ножке, снижая изгибные жесткость и прочность ее в наиболее опасном месте ножки (с точки зрения ее разрушения), сводит на нет положительный эффект увеличения жесткости и прочности выполнением указанных продольных ребер жесткости (загибом краев упомянутой цилиндрической ножки, которые образованы упомянутым разрезом, внутрь ее полости), что не способствует устранению второго из отмеченных недостатков известных дюбелей.
Сущность изобретения
Техническим результатом при использовании настоящего изобретения является увеличение несущей способности металлических дюбелей для крепления теплоизоляционного материала к несущим основаниям зданий и сооружений.
Указанный технический результат достигается тем, что в металлическом дюбеле для крепления теплоизоляционного материала к несущим основаниям зданий и сооружении, содержащем ножку в виде полого цилиндрического стержня с выполненным на всей ее длине продольным разрезом, и шляпку в виде диска с центральным отверстием, закрепленную на одном из концов ножки, на поверхности другого конца ножки на участке ее длины, равном глубине захода ножки в несущее основание, со стороны, противоположной продольному разрезу, выполнены углубления, а центральное отверстие шляпки имеет цилиндрическую отбортовку, вставленную в цилиндрическую полость ножки с натягом.
В частности, упомянутые углубления могут иметь овальную форму, а большая ось овальных углублений может лежать в плоскости, перпендикулярной или наклонной под углом не более 20° к оси ножки, и охватывать от 0,3 до 0,5 периметра поперечного сечения ножки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой дюбель, вид спереди.
Фиг.2 представляет собой сечение А-А на Фиг.1.
Фиг.3 представляет собой вид Б на Фиг.1.
Фиг.4 представляет собой разрез В-В на Фиг.3.
Фиг.5 представляет собой дюбель, вид сзади, фрагмент нижней части ножки.
Фиг.6 представляет собой разрез Г-Г на Фиг.5.
Фиг.7 представляет собой поперечное сечение ножки дюбеля в зоне 10 на Фиг.5 до ввода ее в отверстие несущего основания.
Фиг.8 представляет собой поперечное сечение ножки дюбеля в зоне 10 на фиг.5 после ввода ее в отверстие несущего основания.
Фиг.9 представляет собой распределение изгибающего момента в поперечном сечении зоны 10 ножки после ввода ее в отверстие несущего основания.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Последующее описание будет осуществлено со ссылками на чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы по всему тексту описания.
На Фиг.1 изображен дюбель согласно настоящему изобретению, который содержит ножку 1 в виде полого цилиндрического стержня (см. также Фиг.2). На всей длине ножки 1 имеется продольный разрез 2. Один из краев 3 цилиндрического стержня, образованного упомянутым разрезом 2, загнут внутрь цилиндрической полости ножки. На верхнем конце ножки укреплена шляпка 4.
На Фиг.2 изображено сечение А-А дюбеля по Фиг.1, на котором виден упомянутый край 3 цилиндрического стержня, загнутый внутрь цилиндрической полости ножки.
По одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения шляпка 4 закреплена на ножке посредством трех выступов 5 на верхнем торце ножки 1 (см. Фиг.3 и 4), которые вставлены в три соответствующие им отверстия 6 в шляпке 4 и затем разогнуты в радиальных направлениях до касания их с верхней поверхностью шляпки 4.
Шляпка 4 имеет центральное отверстие 7. Это центральное отверстие 7 выполнено в шляпке 4 с цилиндрической отбортовкой 8. Эта отбортовка 8 вставлена в цилиндрическую полость ножки 1 с натягом.
На поверхности нижней части ножки 1 (см. Фиг.5) на ее стороне, противоположной продольному разрезу 2 (см. также Фиг.6), выполнены углубления 9. Эти углубления 9 размещены на участке 10 длины ножки 1, равном глубине захода ножки 1 в несущее основание 11.
По одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения углубления 9 могут иметь овальную форму, как это показано на Фиг.5. Предпочтительно, чтобы угол θ охвата углублениями поперечного сечения ножки (см. Фиг.6) составлял от 120° до 180°. При данных значениях угла θ большая ось овальных углублений охватывает от 0,3 до 0,5 периметра поперечного сечения ножки и лежит в плоскости, перпендикулярной или наклонной под углом не более 20° к оси ножки.
Рассмотренные выше отличительные особенности конструкции дюбеля и конфигурации отдельных его элементов увеличивают его несущую способность.
При забивании дюбеля в отверстие несущего основания к шляпке 4 дюбеля прикладываются ударные нагрузки, направление которых, как правило, оказывается не строго соосным с центральной осью дюбеля. Эта внецентренность действия ударной нагрузки создает на шляпке 4 момент, стремящийся повернуть шляпку относительно ножки в направлениях, показанных на Фиг.4 стрелками 12 или 13 (в зависимости от направления действия момента). В известных конструкциях дюбелей этот ударный момент передается с шляпки на ножку через элементы крепежа шляпки к ножке, что снижает прочность их взаимного крепления. В рассматриваемой конструкции дюбеля угловым поворотам шляпки 4 относительно ножки препятствует цилиндрическая отбортовка 8 шляпки 4 (см. Фиг.4), вставленная в ножку 1 с натягом. Ударный момент передается с шляпки 4 непосредственно на ножку 1 через отбортовку 8, минуя элементы крепежа шляпки 4 к ножке 1 в виде разогнутых выступов 5. Вследствие этого несущая способность крепления шляпки 4 к ножке, необходимая для удовлетворительной совместной работы дюбеля со слоем теплоизоляции в течение длительного времени, сохраняется.
В углубления 9 (см. Фиг.5), выполненные на участке ножки 10, контактирующем с поверхностью отверстия в несущем основании 11, внедряются неровности и шероховатости этой поверхности, что повышает несущую способность дюбеля. В отличие от известных выполняемых с этой целью решений (напр., отверстия в этой зоне ножки) эти углубления не уменьшают площади поперечного сечения ножки и, следовательно, не снижают изгибные жесткость и прочность ножки.
y
у
y
X1
X2
X
X
X1
X2
Σ
Y
X
В отличие от известных решений рассмотренные элементы сцепления с шероховатостью отверстия в несущем основании 11 выполнены не в непосредственной близости от упомянутых краев на ножке, а в зоне, максимально удаленной от разреза 2, т.е. на стороне ножки 1, противоположной продольному разрезу 2. Именно в этой зоне, как показано ниже, имеет место наибольшее значение распределенной силы прижатия поверхности ножки 1 к поверхности отверстия в несущем основании 11. После забивания дюбеля в отверстие основания 11 размеры поперечного сечения ножки 1 "а" и "b" (см. Фиг.7) становятся равными диаметру отверстия "d” (см. Фиг.8); при этом края 3 и 14 продольного разреза беспрепятственно сближаются, а со стороны отверстия на ножку начинают действовать распределенные силы сжатия, проекции равнодействующих от которых на оси Х и Y показаны на Фиг.8. Силы F воспринимаются только левой стороной кольцевого сечения, так как правая сторона имеет разрез 2. Эпюра изгибающего момента М от сил F показана на Фиг.9а. На каждый из двух краев разреза 2 в правой части сечения действуют силы F и F, примерно равные половине силы F. Эпюра изгибающего момента от сил F, F и F показана на Фиг.9б. Эпюра суммарного изгибающего момента М=(M+M) показана на Фиг.9в. Из Фиг.9в видно, что в непосредственной близости от краев продольного разреза 2 (в зоне 15) изгибающий момент имеет нулевое или малое значение; сечение здесь практически не подверглось изгибу и сохраняет радиус кривизны практически таким же, каким он был до ввода ножки 1 в отверстие, т.е. бóльшим, чем радиус кривизны сечения отверстия. По этой причине контакт поверхностей ножки 1 и отверстия в зоне 15 отсутствует, и размещение на ножке 1 в этой зоне зацепов с шероховатостями основания (типа отверстий или заглублений) бессмысленно.
Σ
На стороне сечения, противоположной продольному разрезу, M достигает своего максимума (см. Фиг.9в) и достаточно однородно распределен по периметру этой стороны, поэтому и распределенная сила прижатия ножки 1 к поверхности отверстия здесь также имеет наибольшее значение и распределена достаточно однородно. Именно в этой зоне сечения (соответствующей углу охвата θ=180°-120° на фиг.6) целесообразно размещение зацепов с шероховатостями отверстия.
При приложении к дюбелю со стороны слоя теплоизоляции усилия, стремящегося извлечь ножку 1 из отверстия основания 11, извлечению препятствуют поверхности углублений, перпендикулярные или слабо наклонные к направлению извлечения (например, поверхности 16 на Фиг.5). Предпочтительно, чтобы:
- во-первых, эти поверхности 16 охватывали возможно большую часть зоны максимального и однородно распределенного усилия прижатия ножки 1 к отверстию;
- во-вторых, количество этих поверхностей 16 было бы достаточно большим (расстояние между ними не превышало бы диаметра ножки 1);
- в-третьих, конфигурация углублений 9 не имела бы острых углов, не создавая тем самым концентраторов напряжений в теле ножки 1.
Этим трем предпочтениям вполне удовлетворяет овальная конфигурация углублений 9.