Ручной терморезак для пенопласта с регулируемой длиной струны

Полезная модель относится к области термомеханической обработки вспененных полимерных материалов и может быть использована для резки, например, плоских фигур и объемных моделей из пенопластов сложных форм для художественного творчества и инженерной направленности.
Пенопласт выпускается в виде плит разной толщины и размеров, обладает звуко-, электро-, теплоизоляцией, легкостью, влагостойкостью и легко обрабатывается, что позволяет его использовать для изготовления различных домашних и школьных поделок. Основными операциями, которым подвергается пенопласт, являются резка, строгание, склейка и финишная отделка - раскраска фигур. Пенопласт и пенополистирол являются термопластичным материалом, который легко режется ручными устройствами, где рабочим органом служит раскаленная электротоком струна - металлическая проволока с высоким удельным сопротивлением, например, из нихрома.
Известно устройство для резки полимерных материалов, SU №1666314 А1, B29C 37/00, B26F 3/12, опубликовано 30.07.1991, содержащее кронштейн П-образной формы с установленным на нем с возможностью перемещения и фиксации друг относительно друга держателями с обогреваемой электрическим током режущей струной. Устройство позволяет задавать фиксированные формы петли, тем самым расширяя технологические возможности устройства при обработке заготовки из полимерного материала.
Устройство не позволяет организовать регулировку струны, позволяющую обрабатывать заготовки в широком диапазоне их геометрических размеров, так как перемещение держателей струны ограничено длиной горизонтальной части кронштейн П-образной формы.
Известен ручной терморезак для пенопласта RU №211495 U1, B26D 5/10, B26D 7/10, опубликовано 08.06.2022, принятый за прототип, состоящий из пластмассового пустотелого корпуса коробчатого типа, к которому с одной стороны присоединена цилиндрическая ручка-держак со встроенным выключателем электропитания «вкл-выкл» и питающим проводом, расположенным на конце (с торца) ручки. С другой стороны корпуса жестко закреплены два направляющих кронштейна V-образной формы из тонкостенных дюралюминиевых трубок, расположенные под углом к друг другу. Каждый кронштейн состоит из двух сопрягаемых элементов, имеющих телескопическое соединение между собой. На концах кронштейнов расположены держатели режущей струны с механизмом её крепления и натяжения, имеющие контактные площадки для механического присоединения питающих проводов. Питание осуществляется от бытовой сети 220В через понижающий адаптер на напряжение 9В постоянного тока. В качестве режущей струны используется высокоомная нихромовая проволока диаметром 0,22÷0,4 мм. Телескопическое соединение элементов кронштейнов устройства позволяет регулировать и жестко фиксировать их взаимное положение на высоте необходимой для обеспечения рабочей длины режущей струны в зависимости от толщины, обрабатываемой пенопластовой заготовки. После чего, струна, необходимой длины, заводится в держатели и жестко в них закрепляется. Для эксплуатационного удобства, на неподвижных элементах кронштейнов нанесены риски-указатели рабочей длины струны, рассчитанные по формуле прямоугольного треугольника. Как вариант, предложена конструкция терморезака, где изменение длины режущей струны регулируется путем изменения растворного угла между кронштейнами, длина которой также рассчитывается по формуле прямоугольного треугольника.
К недостаткам можно отнести то, что каждый раз при изменении толщины обрабатываемой заготовки, возникает необходимость нарезать, заправлять и закреплять в держателях новую, фиксированную по длине, рабочую струну. При этом ранее использованную струну приходится утилизировать, что ведёт к удорожанию и снижает эксплуатационные возможности устройства.
Целью предлагаемого технического решения является доработка конструкции держателей режущей струны ручного терморезака для пенопласта и полистирола, позволяющей реализовать возможность плавного регулирования длины струны с последующим её натяжением до рабочего состояния для обработки деталей разной толщины и формы.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение его эксплуатационных возможностей за счет плавного регулирования длины режущей струны в широком диапазоне с исключением подбора и замены струн фиксированной длины при обработке деталей разной толщины и формы.
Технический результат достигается тем, что ручной терморезак для пенопласта с регулируемой длиной режущей струны состоит из пустотелого электроизоляционного корпуса коробчатого типа с ручкой-держаком, с одной стороны, внутри которой размещены контактная колодка для присоединения силового питающего провода, а снаружи выключатель электропитания, и, с другой стороны, из двух трубчатых кронштейнов, каждый из которых состоит из двух сопрягаемых элементов, имеющих телескопическое соединение между собой, кронштейны жестко закреплены на корпусе с одной стороны и расположены под углом к друг другу, на концах которых размещены держатели режущей струны с механизмом ее крепления и натяжения на одном из них, имеющие контактные колодки для механического присоединения струны и питающих проводов, особенностью является то, что первый из держателей струны дополнительно имеет подающий ролик с намотанной на нем режущей струной, жестко закрепленный на оси и свободно вращающийся на ней в корпусе первого держателя, расположенный до вышеупомянутой контактной колодки для механического присоединения струны и питающего провода первого держателя, а на втором держателе дополнительно размещен принимающий ролик, жестко закрепленный на оси и свободно вращающийся в корпусе второго держателя по часовой стрелке, со встроенным внутренним храповым механизмом натяжения, состоящим из шестерни с наклонными против часовой стрелки зубьями, нарезанными на одной из щечек ролика, и блокирующей собачки, свободно вращающейся на собственной оси, с возможностью односторонней намотки струны по часовой стрелке на принимающий ролик, расположенный за контактной колодкой второго держателя.
Техническое решение иллюстрировано следующими чертежами: на Фиг. 1 показано устройство в сборе с телескопическим соединением элементов кронштейнов с выдвижением подвижного элемента по направляющей в неподвижном и фиксацией их взаимного положения винтовым соединением (разрез А-А), для плавной регулировки длины режущей струны; на Фиг. 2 показан вид сбоку держателей струны с разрезами в местах размещения подающего ролика и принимающего со встроенным храповым механизмом и вид сверху В держателя струны с принимающим роликом; на Фиг. 3 показаны объемные изображения 3D заявляемого устройства в сборе.
Ручной терморезак для пенопласта в сборе (фиг. 1), имеющий V-образную форму, позволяющий реализовать плавную регулировку длины режущей струны 7, состоит из электроизоляционного пластмассового пустотелого корпуса 1 коробчатого типа, с одной стороны оборудованного ручкой-держаком 2, внутри которой размещена контактная колодка для присоединения силового питающего провода от адаптера на 9 вольт (на фиг. 2 не показана), а на наружной стороне ручки 2, ближе к корпусу 1, размещен выключатель питания («вкл-выкл.») 3, с другой стороны корпуса 1 расположены под углом к друг другу два направляющих кронштейна 4, состоящие из двух трубчатых элементов 4а и 4б, имеющих телескопическое соединение, при этом элементы 4а, жестко закреплены в корпусе 1, а трубчатые элементы 4б, меньшего диаметра, свободно и плавно двигаются внутри элемента 4а, имеющего больший диаметр. В неподвижном элементе 4а трубчатого кронштейна выполнены сплошные соосные прорези-направляющие 5, а в подвижном элементе 4б выполнено сквозное отверстие, в которое вставлен узел фиксации 6 элементов кронштейна, состоящий из винта, профильной шайбы для соединения труб и гайки типа «барашек» для крепления соединения на определенной длине кронштейнов, необходимой и достаточной для обработки заготовки по толщине и форме. На неподвижном элементе 4а и узле фиксации 6 нанесены горизонтально расположенные риски-указатели длины струны 7 (на фиг. 1 не показаны), рассчитанные по формуле прямоугольного треугольника.
Для плавной регулировки длины струны 7 подвижный элемент 4б каждого из кронштейнов имеет возможность перемещаться по направляющей 5 на необходимую глубину (наружу) внутрь элемента 4а и, при совмещении рисок-указателей на элементе 4а и узле фиксации 6, жестко закрепляются гайкой в этом положении.
На концах подвижных элементов 4б насажены и закреплены, например, винтами, держатели 8 и 9 режущей струны 7, имеющие контактные площадки 14 на металлических колодках 10 для механического присоединения струны 7 и питающих проводов 11 (фиг. 2).
Держатель 8 «подающей струны 7» (левый на фиг. 2), корпус которого выполнен из пластмассы на принтере 3D, состоит из подающего ролика 12 с намотанной на него режущей струной 7 (на фиг. 2 указано «струна намотка»), жестко посаженного на оси 13, например, с помощью шпонки, с возможностью свободного вращения оси 13 в консольной части корпуса держателя 8 по - и против часовой стрелки (на фиг. 2 показано стрелкой). Для удобства манипулирования пальцами мастера вращением ролика 12 ось 13 с одной стороны имеет укрупненную головку, например, типа «барашек» (фиг. 2, вид В и фиг. 3). Колодка 10, имеющая сквозное отверстие вдоль центральной горизонтальной оси диаметром 0,5 мм для пропускания струны 7 внутри колодки 10, оборудована контактной площадкой 14 для присоединения питающего провода 11, узлом крепления струны 7, состоящего из винта с головкой типа «барашек» 15 и ответного резьбового отверстия глубиной до центральной горизонтальной оси колодки 10, что при вкручивании винта 15 до упора, позволяет обеспечить плотный контакт между струной 7 и колодкой 10.
Держатель 9 «принимающий струну 7» (правый на фиг. 2), конструктивно выполненный аналогично подающему держателю 8, также состоит из колодки 10 с центральным отверстием по всей длине, контактной площадки 14 для присоединения питающего провода и узла крепления 15 режущей струны 7, при этом справа от колодки 10 на консольной части корпуса держателя 9 (как показано на фиг. 2, вид В), расположен принимающий струну 7 ролик 16, оборудованный встроенным храповым механизмом 17 натяжения струны 7. Встроенный храповый механизм 17 (вид В) представляет собой шестерню 18 с наклонными зубьями против часовой стрелки, в сторону колодки 10, нарезанными на одной из щечек ролика 16 и блокирующей собачки 19, свободно вращающейся на собственной оси (на фиг. 2 не показана), жестко закрепленной на консольной части корпуса держателя 9 (фиг. 2). Собачка 19 выполняется в вариантах - в виде упругого отрезка металлической проволоки пружинной стали, плоской тонкой полосы из пружинной стали или из плоской фигурной пластмассовой детали, форма которой, повторяет форму пространства между зубьями шестерни 18, как показано на разрезе фиг. 2. В этом варианте натяжение режущей струны 7 осуществляется по часовой стрелке (на фиг. 2б направление свободного вращения показано стрелкой).
Устройство работает следующим образом. Для обработки деталей, например, толщиной до 50 мм (исходное состояние), подвижные элементы 4б выдвинуты из элементов 4а кронштейнов на необходимую длину, указанную на риске-указателе, и каждый зафиксирован узлом фиксации 6 элементов кронштейна, как показано на фиг. 1. При этом в исходном состоянии режущая струна 7 намотана на подающий ролик 12 (на фиг. 2 «струна намотка»), заполняя его, пропущена через центральные отверстия контактных колодок 10 держателей струны 8 и 9, частично намотана на принимающий ролик 16 со встроенным храповым механизмом 17 (вид В фиг. 2), натянута последним до рабочего состояния - «звенит» и зафиксирована винтами узлов крепления струны 15 в колодках 10 держателей 8 и 9, образуя электрическую сеть питания струны 7 между колодками 10 с выделением джоулевого тепла во включенном состоянии. Так как струна 7, намотанная на ролики 12 и 16, находится до и после контактных колодок 10 соответственно, то участки струны 7 на роликах зашунтированы и тепло на них не выделяется.
При увеличении толщины обрабатываемой детали, например, до 100 мм, винты 15 узлов крепления струны держателей 8 и 9 раскручиваются, освобождая струну в колодках 10. Затем откручиваются последовательно любой из винтов узлов фиксации 6 взаимно сопряженных подвижных 4а и неподвижных элементов 4б, например, кронштейна с узлом крепления струны 8, подвижный элемент 4а по направляющей прорези 5 выдвигается из неподвижного 4б на длину струны 100 мм, указанную на риске-указателе и жестко фиксируется винтом узла 6 в этом положении. При этом, выдвигая элемент 4а, последний тянет струну 7, скручивая её со свободно вращающегося на оси 13 подающего ролика 12 узла крепления 8, а принимающий ролик 16 остается неподвижным, так как его вращение против часовой стрелки блокируется собачкой 19 храпового механизма 17. Далее, в аналогичной последовательности выдвигается и фиксируется подвижный элемент 4а кронштейна с узлом крепления струны 9; выбирается незначительный излишек струны 7 и она натягивается до рабочего состояния «звенит» путем вращения шестерни 18 храпового механизма 17 по часовой стрелке и последующей её блокировкой ослабления натяжения собачкой 19, после чего закручиваются винты 15, для организации плотного электрического контакта в колодках 10 в рабочем состоянии.
При уменьшении длины струны 7, например, до 60 мм, ослабляются оба винта 15 в колодках 10, раскручиваются винты узлов фиксации 6, подвижные элементы 4б последовательно вдвигаются в неподвижные 4а и жестко фиксируются в положении на риске-указателе 60 мм. При этом возникает значительный излишек струны 7 в виде петли между узлами крепления 8 и 9, который, в зависимости от эксплуатационной изношенности струны 7, или скручивается против часовой стрелки на свободно вращающейся подающий ролик 12 для повторного использования, или по часовой стрелке на принимающий ролик 16, после чего струна 7 натягивается до рабочего состояния, как описано выше.
Потом адаптер 9/220 В включается в сеть и выключателем 3 через провода 11 подается напряжение на высокоомную струну 7, например, из нихрома, которая разогревается в течение нескольких секунд до рабочей температуры, визуально до красного цвета.
Предлагаемое техническое решение позволяет отказаться от подбора длины струны, её заправки и натяжения дополнительными ручными инструментами в процессе телескопического изменения высоты кронштейнов при обработке как крупных заготовок из пенопластов, так и мелких деталей, а регулировать длину режущей струны в широком диапазоне путем сматывания с подающего ролика на принимающий с натяжением струны до рабочего состояния храповым механизмом натяжения, тем самым повышая удобства обработки и расширяя эксплуатационные возможности ручного терморезака.