Термоизоляционный болт

Полезная модель относится к области устройств и деталей для закрепления или соединения конструктивных элементов или деталей машин и может быть использована, в частности, для монтажа сэндвич-панелей и других теплоизоляционных материалов.
Известна втулка крепежная термоизолирующая по патенту РФ на полезную модель №202905, опубл. 12.03.2021 г., предназначенная для монтажа теплоизолирующих панелей между собой или их крепления к несущим конструкциям. Данное устройство представляет собой выполненный из термоизолирующего материала корпус, имеющий трубчатый участок, один торец которого закрыт первой шайбой, находящейся в пределах габаритов трубчатого участка, а на втором торце размещена вторая шайба, выступающая за пределы трубчатого участка. Внутреннее отверстие второй шайбы больше внутреннего отверстия первой шайбы. Для крепления теплоизолирующей панели в ней делают отверстие, обычно несквозное, совпадающее по форме и глубине с трубчатым участком корпуса крепежной термоизолирующей втулки. В это отверстие вставляют втулку до упора второй шайбы на поверхность панели. При этом первая шайба, как правило, опирается на донную часть отверстия в панели. Затем панель прикладывают к месту крепежа и закрепляют с помощью шурупов или саморезов, вставленных в отверстия первой шайбы. При этом шуруп или саморез проходит сквозь панель так, что его головка упирается в поверхность первой шайбы, прижимное усилие с которой передается через трубчатый участок на вторую шайбу, которая прижимает панель с внешней поверхности.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и монтажа в связи с необходимостью сверления глухого отверстия, невозможность установки в тонкостенные и пустотелые панели и низкая прочность на срез, обусловленная большой длиной трубки.
Также известен универсальный сэндвич-болт "КРЕПСС" производства компании Almafort (интернет-ресурс https://almafort.ru/stroitelstvo/krepezh-dlya-sendvich-panelej/%D0%BA%D1%80%D0%B5%D0%BF%D0%B5%D0%B6-%D0%B4%D0%BB%D1%8F-%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%B6%D0%B0-%D1%81%D0%BF-detail.html), предназначенный для монтажа навесного оборудования и других предметов на стены из сэндвич-панелей. Данный болт состоит из двух шайб грибовидной формы, изготовленных из высокопрочного модифицированного АБС-пластика, с гладкой лицевой стороной и ребрами жесткости с внутренней стороны. В шайбы заформованы резьбовые металлические гайки, при этом одна из них является «проходной», т. е. на шляпке шайбы есть сквозное отверстие под выход шпильки, а вторая является «глухой», т. е. шляпка второй шайбы не имеет сквозного отверстия. В качестве соединителя используется шпилька, которая отрезается по толщине сэндвич-панели, что позволяет использовать данный крепеж на панели любой толщины и с любым наполнением.
Недостатком данного устройства является сложность изготовления, обусловленная необходимостью использования специализированного промышленного оборудования и оснастки для заформовки гаек-вкладышей в грибовидные шайбы из АБС-пластика. Еще одним недостатком является слабая защита соединения от несанкционированного демонтажа, обусловленная формой шляпки гаек, которая позволяет разобрать крепеж с помощью обычных ключей.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа крепеж для монтажа сэндвич-панелей по патенту РФ на полезную модель №197665, опубл. 21.05.2020 г. Данное устройство содержит крепежный элемент и его ответную часть, выполненные в виде гаек грибовидной формы и соединенные резьбовым соединением, причем шляпки гаек выполнены в виде конструктивных элементов для передачи крутящего момента от инструмента. Соосно со шляпкой каждой из гаек смонтирована цилиндрическая втулка с отверстием с резьбой, выполненным вдоль центральной оси гайки, при этом в одной из гаек отверстие выполнено глухим, оканчивающимся усеченным конусом, а в другой гайке отверстие выполнено сквозным. Внутри втулок гаек заформованы металлические гайки-вкладыши с внутренней резьбой, совпадающей с резьбой гаек. Соединение гаек выполнено с помощью шпильки, при этом на шпильку между гайками накинуты шайбы, гайки и шайбы выполнены из полиэтилена низкого давления.
Недостатком данного устройства является сложность его конструкции и изготовления, обусловленная необходимостью использования специализированного промышленного оборудования и оснастки для заформовки гаек-вкладышей в полиэтиленовые гайки. Еще одним недостатком является слабая антивандальная защита, обусловленная формой шляпки гаек, которая позволяет разобрать крепеж с помощью обычных ключей, без использования специального инструмента.
При создании настоящей полезной модели решалась техническая проблема, состоящая в расширении арсенала технических средств для закрепления или соединения конструктивных элементов и деталей машин, преимущественно сэндвич-панелей и других теплоизоляционных материалов, отвечающих современным требованиям по обеспечению надежности крепления и сопротивлению внешним температурным факторам.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в создании крепежного элемента простой и надежной конструкции, обеспечивающего эффективную антивандальную защиту.
Указанный технический результат достигается тем, что термоизоляционный болт содержит металлический болт, головка которого выполнена в виде конструктивного элемента, имеющего грани, установленный соосно во втулку, выполненную из полимерного материала. Конфигурация гнезда втулки под головку болта соответствует конфигурации головки болта, обеспечивая фиксацию болта от проворота во втулке. Втулка соединена с помощью резьбового соединения с металлической крышкой в форме полусферы, торцевая поверхность которой выполнена рифленой, при этом между головкой болта и металлической крышкой установлена шайба, выполненная из полимерного материала, а металлическая крышка, шайба и втулка склеены между собой клеем, устойчивым к воздействию климатических факторов окружающей среды.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - вид сбоку термоизоляционного болта в разрезе;
на фиг. 2 - вид сбоку и вид слева металлического болта, имеющего головку с двумя лысками;
на фиг. 3 - разрез и вид сбоку втулки;
на фиг. 4 - разрез и вид сбоку металлической крышки;
на фиг. 5 - пример глухой гайки;
на фиг. 6 - вариант применения заявляемого устройства с глухой гайкой;
на фиг. 7 - вариант применения заявляемого устройства со сквозной гайкой.
Термоизоляционный болт, показанный на фиг. 1, содержит металлический болт 1, установленный соосно во втулку 2, выполненную из высокопрочного полимера (например, ПА 6 белый - марка А ТУ 2224-001-78534599-2006). Головка болта 1 представляет собой конструктивный элемент, имеющий грани, например, головка в виде шестигранника, квадрата или с лысками под ключ (фиг. 2), при этом конфигурация гнезда втулки 2 под головку болта 1 соответствует конфигурации головки болта 1, что обеспечивает фиксацию болта 1 от проворота во втулке 2. Втулка 2 (фиг. 3) соединена с крышкой 4 с помощью резьбового соединения, которое позволяет исключить проворачивание крышки 4 относительно втулки 2 в направлении, совпадающем с направлением резьбы. Крышка 4 (фиг. 4) выполнена из металла и имеет форму полусферы. На торцевой поверхности крышки 4 выполнено рифление для предотвращения проворота термоизоляционного болта при затяжке резьбового соединения и обеспечения лучшего контакта крышки с поверхностью детали после окончательной фиксации. Между головкой болта 1 и крышкой 4 установлена шайба 3, которая выступает в качестве теплоизолятора между болтом 1 и крышкой 4, а также в качестве уплотнителя между торцом головки болта 1 и крышкой 4. При сборке термоизоляционного болта перед его использованием для монтажа крышку 4, шайбу 3 и втулку 2 склеивают между собой с использованием клея, устойчивого к воздействию климатических факторов окружающей среды (пониженная температура, повышенная влажность и т.д.). Наличие клея предотвращает откручивание крышки 4 от втулки 2 в противоположную направлению резьбы болта 1 сторону, а также повышает несущую способность термоизоляционного болта в целом.
Термоизоляционный болт, выполненный по конструкции предлагаемой полезной модели, прошел лабораторные испытания в центре испытаний «Качество» АО «НПО Завод «Волна». Проводились следующие испытания:
на статическое растяжение в соответствии с ГОСТ Р 52627-2006 (ИСО 898-1:1999) на разрывной машине ИМ-15;
на статическое растяжение при пониженной температуре (выдержка в термобарокамере KTBV-8000 в течение 2 часов при температуре -60°C, перенос на разрывную машину ИМ-15 в течение 2 мин);
на теплопроводность в термобарокамере KTBV-8000.
Результаты лабораторных испытаний термоизоляционного болта при использовании различных типов клея приведены в таблице ниже.
№ образца
Тип клея
Температура испытаний
Усилие, при котором началось разрушение
Испытание на теплопроводность
Образец №1
Loctite HY 4070
- 60°C
900 кг (полностью разрушился при 1700 кг)
Время выдержки: 2 часа. Температура на наружной части болта: 12,5°C.
Образец №2
Loctite HY 4070
20°C
1100 кг (полностью разрушился при 1875 кг)
Не проводилось.
Образец №3
АДВ-11
- 60°C
830 кг (разрушился сразу)
Время выдержки: 2 часа. Температура на наружной части болта: 15,5°C.
Образец №4
АДВ-11
20°C
1060 кг (медленно разрушился далее с понижением нагрузки)
Не проводилось.
Проведенные лабораторные испытания показали, что предлагаемый термоизоляционный болт отличается высоким уровнем прочностных свойств, что позволяет использовать его в качестве соединителя между несущими элементами собираемых конструкций.
Термоизоляционный болт используют следующим образом (фиг. 6). В сэндвич-панели 5 и металлоконструкциях 6 сверлят сквозные соосные отверстия под диаметр цилиндрической части втулки 2 термоизоляционного болта 7. Далее термоизоляционный болт 7 устанавливают в отверстие и закрепляют с помощью резьбового соединения с использованием глухой металлической гайки 8 (фиг. 5). В качестве альтернативы возможно применение любых известных технике видов гаек, подходящих по конструктиву, в т. ч. сквозных (фиг. 7). Гайка 8 располагается во внутреннем пространстве собираемой конструкции, а крышка 4 термоизоляционного болта - с наружной.
Простая конструкция термоизоляционного болта позволяет устанавливать его с использованием минимального количества необходимых для установки инструментов и оборудования в любые панели и конструкции различной толщины, в которых возможно выполнить сквозное отверстие. Использование фиксированного резьбового соединения, усиленного клеем, а также форма и конструкция металлической крышки делают невозможным разрушение или несанкционированный демонтаж термоизоляционного болта с наружной стороны собранной конструкции без использования специального инструмента или оборудования, что обеспечивает эффективную антивандальную защиту крепежа. Таким образом, при использовании заявленного устройства достигается сформулированный технический результат.