ШЕСТИЭЛЕМЕНТНОЕ ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ И ОСНОВАННЫЙ НА ЕГО ПРИМЕНЕНИИ МОДУЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
SIX-ELEMENT LOCK CONNECTION AND MODULAR ELEMENT BASED ON ITS APPLICATION FOR CREATION OF SPATIAL CONSTRUCTIONS

Изобретение относится к средствам создания пространственных стержневых каркасов различного назначения (стеллажи, строительные леса, сборная мебель, спортивное оборудование (типа шведской стенки) и т.п.).
Известна сборно-разборная конструкция, включающая набор стержневых элементов и средства для соединения стержневых элементов в пространственную конструкцию, каждое из которых выполнено в виде объемной детали, имеющей резьбовые гнезда для размещения концов стержневых элементов (патент РФ №2014796, кл. A47F 5/01, F16В 12/40). Однако известная конструкция сложна в изговлении и сборке.
Целью настоящего изобретения является создание набора однотипных деталей, допускающих быструю и простую сборку пространственных стержневых каркасов.
Шестиэлементное замковое соединение обеспечивает узловое соединение до 6 стержней, направленных по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Каждый из 6 элементов замка представляет собой объемную деталь, имеющую форму четырехугольной ступенчатой пирамиды, каждая ступень (ярус) которой имеет прямоугольные зубья, входящие при сборке в зацепление с зубьями четырех из пяти остальных элементов; все вместе 6 элементов образуют при сборке тело кубической формы. Для скрепления элементов замка между собой они снабжены отверстиями под штифты или болты, или же специальными выступами и углублениями (защелками) для самозацепления с фиксацией.
Целесообразно, чтобы число ступеней пирамиды было не больше 3. Также целесообразно (для безошибочной сборки), чтобы указанные пирамидальные элементы обладали поворотной симметрией 4-го порядка (Фиг.1, 2, 3).
Модульный элемент состоит из стержня, на концах которого находятся жестко с ним соединенные и одинаково относительно него ориентированные пирамидальные элементы рассмотренного выше замкового соединения (Фиг.16-18). Целесообразно, чтобы указанные стержни имели квадратное или круглое поперечное сечение и, в случае изготовления из металла, были трубчатыми. Если применяется резьбовое или штифтовое соединение элементов замка, то сечение стержня должно иметь размер, не превышающий ширины второй (считая от основания) ступени пирамиды (Фиг.17, 18). Если применяется клеевое соединение или соединение на защелках, то сечение стержня должно иметь размер, не превышающий ширины первой ступени пирамиды (Фиг.16). Кроме того, целесообразно, чтобы указанные стержни имели набор отверстий для крепления дополнительных стяжек, обеспечивающих большую жесткость пространственной конструкции, и/или продольные прорези для крепления горизонтальных и вертикальных панелей (полки и стенки) (Фиг.17).
На Фиг.1, 2, 3 изображены три возможных варианта элементов шестиэлементного замкового соединения, обладающих поворотной симметрией 4-го порядка. На Фиг.4 показано расположение отверстий под штифты. На Фиг.5-9 показаны этапы сборки замка с применением штифтов. На Фиг.10 показано расположение отверстий под резьбу. На Фиг.11 показан замок, собранный на болтах. На Фиг.12 изображен элемент замка на защелках. На Фиг.13 изображена нижняя ступень этого элемента для прояснения конструкции защелок. На Фиг.14 и 15 изображены элемент замка и замок в сборе при клеевом соединении. На Фиг.16, 17 и 18 изображены возможные варианты модулей. На Фиг.19 изображены 6 модулей перед сборкой в правильном взаимном расположении, на Фиг.20 - те же модули, собранные в один узел. На Фиг.21 изображен угловой узел в сборе.
Сборка замка возможна с применением штифтового или резьбового соединений, или самозацепления. Для применения штифтового соединения в теле пирамидальных элементов выполняются отверстия вдоль каждой стороны основания пирамиды (Фиг.4-9). Конструкция элементов обеспечивает жесткое соединение всех 6 элементов замка с помощью трех штифтов (Фиг.9), хотя для большей прочности можно использовать до 12 штифтов. (Для обеспечения жесткости конструкции штифты следует применять с натягом).
Для резьбового соединения выполняются отверстия с резьбой в основании пирамиды (Фиг.10, 11). Конструкция элементов обеспечивает жесткое соединение всех 6 элементов замка с помощью трех болтов (Фиг.11), хотя для большей прочности можно использовать до 24 болтов.
Самозацепление с фиксацией возможно с помощью специальных выступов и углублений - защелок (см. Фиг.12 и 13, где показаны выступы 1 и углубления 2).
Также возможно применение (неразъемного) клеевого соединения (Фиг.14, 15).
Каждый модульный элемент состоит из стержня 3, на концах которого находятся жестко с ним соединенные и одинаково относительно него ориентированные пирамидальные элементы 4 (Фиг.16-18). Если предполагается применение дополнительных стяжек, обеспечивающих большую жесткость пространственной конструкции, то указанные стержни должны иметь набор отверстий 5 (Фиг.17) для крепления этих стяжек. Для крепления горизонтальных и вертикальных панелей, образующих полки и стенки, стержни модулей могут быть снабжены продольными прорезями 6 (Фиг.17).
Способ изготовления элементов замка и модульных элементов зависит от применяемого материала. Если в качестве материала выбрано дерево, то модуль может быть изготовлен из бруса квадратного сечения путем обработки его торцев (см. Фиг.16). Элементы замка и модуль целиком также могут изготавливаться методом литья из металла или пластмассы, при этом форму для отливки можно изготавливать с помощью 3D-принтера (например, модели Spectrum Z510 фирмы ZCorporation). Возможно также послойное изготовление пирамидальных элементов (с последующим скреплением слоев).
Порядок сборки пространственного каркаса в значительной степени произволен, т.к. симметричная конструкция модулей исключает возможность ошибки при вращении модуля вокруг его продольной оси. Если в каком-либо узле пространственного каркаса необходимо соединение менее чем 6 модулей (на боковой поверхности каркаса или в его углу), то недостающие модули заменяются отдельными элементами замкового соединения (Фиг.21).
Удобству применения модулей мог бы способствовать выпуск широкой номенклатуры модулей, предусматривающей наборы модулей различных длин, сечений и типов замковых элементов.