Пружинный узел сила для сборки деревянных строений и конструкций.

Пружинный  узел-сила для сборки деревянных строений и конструкций относится к области строительства и может быть использован для постоянного поддержания давления между отдельными элементами конструкций готовых строений из сухого клееного бруса, оцилиндрованного бревна, цельного профилированного бруса и прочих, при долгосрочной усадке и непрерывном расширении и сжатии древесины, вызванных климатическими изменениями.
Известен «Пружинный узел-сила для сборки деревянных строений и конструкций» по патенту RU 180363 от 11.04.2018, опубликовано: 08.06.2018, МПК F16B 31/04  (2006.01), содержащий стержень с граненой головкой, с резьбой на наружной цилиндрической поверхности, расположенной на противоположном от головки конце стержня, и соосно нанизанные на стержень с возможностью осевого перемещения между головкой и резьбой верхнего и нижнего упорного элемента и пружины, размещенной между ними, отличающийся тем, что упорные элементы выполнены чашеобразными; стержень снабжен предохранительной втулкой длиной более высоты полностью сжатой пружины, но менее высоты полностью разжатой пружины, размещенной соосно между чашеобразными элементами внутри пружины; резьба выполнена длиной не более 80 мм, с проточкой на конце не менее 20% от длины резьбы.
Но данная конструкция ввиду присутствия в ней простой цилиндрической пружины без дополнительного обжатия не позволяет с достаточным усилием притянуть элементы стены друг к другу во время влажностной усадки древесины.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому пружинному узлу является полезная модель «Крепежный элемент для соединения элементов деревянных конструкций» по патенту RU 180024 от 04.10.2017, опубликовано: 30.05.2018, F16B 31/00 (2006.01), который включает в себя стержень с неразъемной головкой, выполненный из двух неразрывно связанных между собой верхней цилиндрической и нижней цилиндрической частей, с выполнением на последней резьбы, при этом на верхней цилиндрической части стержня соосно размещены нанизанные на него с возможностью осевого перемещения коническая пружина, контактирующая витком с наименьшим диаметром с нижней поверхностью головки стержня, и нижний упорный элемент, выполненный с возможностью опирания на него витка пружины с наибольшим диаметром, и представляющий собой шайбу с кольцевым вертикальным буртиком, выполненным по наружному контуру шайбы, с образованием полости между центральным отверстием шайбы и буртиком; в качестве стержня с головкой использован стальной болт, а головка выполнена с наружными гранями под ключ; на нижней цилиндрической части выполнена резьба, имеющая угол при вершине 45°±3°, со средним шагом и углом наклона витков по отношению к вертикальной оси стержня 45°ч50°, при этом резьба выполнена на 2/3 длины нижней цилиндрической части; нижняя цилиндрическая часть выполнена с конусным наконечником; нижняя цилиндрическая часть выполнена меньшего диаметра, чем верхняя цилиндрическая часть, при этом зона сопряжения между этими частями выполнена конической; длина нижней цилиндрической части в 1,7ч2,4 раза больше длины верхней цилиндрической части; крепежный угол содержит стопорный элемент в виде разомкнутой шайбы с упором на концах в виде утолщений, контактирующий с нижним упорным элементом.
Размещение  конической пружины, контактирующей витком с наименьшим диаметром с нижней поверхностью головки стержня, при сжатии пружины  до смыкания витков, в данной кострукции крепежного узла, допускает нарушение соосности пружины относительно неразъемной головки, при диаметре этого витка, приближенном к диаметру головки для свободного перемещения по стержню,  может спровоцировать приложение излишнего усилия закручивания, вплоть до поломки/смятия пружины, и препятствовать работе пружины, как компенсатора, при усадке  и деформациях, вызванных климатическими изменениями  в  деревянных элементах конструкций. При диаметре этого витка, приближенном к диаметру стержня, для  соблюдения соосности, движение всей пружины затруднено, как при вкручивании, так и при долгосрочной усадке и непрерывном расширении и сжатии древесины, вызванных климатическими изменениями.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение надежности собранных деревянных строений и конструкций в эксплуатации при долгосрочной усадке и непрерывном расширении и сжатии, вызванных климатическими изменениями.
Техническим результатом является повышение надежности и сохранении компенсаторных свойств пружинного узла на весь срок службы деревянного строения  за счет пружинного узла сила для сборки деревянных строений и конструкций, содержащего стержень с граненой головкой, с резьбой на наружной цилиндрической поверхности, расположенной на противоположном от головки конце стержня, и соосно нанизанных на стержень, с возможностью осевого перемещения между головкой и резьбой верхнего и нижнего упорного элемента и пружины, размещенной между ними, при этом пружина выполнена конической, с диаметром наименьшего витка большим диаметра стержня, но меньшим диаметра головки, верхний упорный элемент, размещенный между головкой и верхним концом пружины, выполнен в виде плоской шайбы; резьба на  наружной цилиндрической поверхности стержня на острие снабжена просечкой; пружина коническая выполнена из проволоки диаметром 4.5 – 5.5 мм для различных сечений стенового материала; глубина просечки на резьбе составляет 0,3 диаметра стержня, а ширина не более длины конуса резьбы; коническая часть резьбы выполнена с острием 35-40 градусов.
Выполнение пружины конической,   при диаметре наименьшего витка большим диаметра стержня, но меньшим диаметра головки, для свободного перемещения по стержню, позволяет в качестве верхнего упорного элемента применить,  размещенную между головкой и верхним концом пружины, более технологичную плоскую шайбу,  которая в силу возможности ее свободного осевого перемещения по стержню без перекосов, за счет выбора диаметра, всегда соосна пружине и  под действием гравитации прилегает к верхнему краю конической пружины. не позволяя  верхнему концу стопорить вращение граненой головки при вкручивании в соединяемые детали или повреждать граненую головку пружинного узла при усадке и температурных деформациях собранных деревянных строений.
Также очевидно, что, шайба служит предохранительным устройством и  для пружины, без нее пружина при вкручивании узла деформируется, что приводит к выходу всего пружинного узла из строя.
Наличие просечки на острие резьбе по всей ее  длине на  наружной цилиндрической поверхности стержня при закручивании шурупа снимает напряжение в дереве и позволяет закручивать шуруп без засверливания отверстия.
Выполнение пружины из проволоки в пределах 4.5 – 5.5  позволяет получать пружины с различной жесткостью для различного стенового материала, и создать необходимое усилие для осаживания и бруса и бревна разного диаметра, поскольку, чем больше сечение бруса или диаметр бревна, тем больше нужно усилие осаживания.
Суть предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 - пружинный узел-сила для сборки деревянных строений и конструкций, общий вид, на фиг.2 - пружинный узел-сила в рабочем состоянии;
На фиг.1, 2, изображены стержень 1, головка 2 граненая, верхний упорный элемент 3 в виде плоской шайбы, пружина 4 коническая, посадочное место 5 под пружинный узел-сила, нижний упорный элемент 6 чашеобразный, резьба 7, просечка 8, верхняя деталь (бревно, брус) 9 строения, нижняя деталь (бревно, брус) 10 строения.
Пружинный  узел-сила для сборки деревянных строений и конструкций выполнен следующим образом.
Пружинный  узел-сила для сборки деревянных строений и конструкций, выполнен в виде цилиндрического стержня 1, с неразъемно прикрепленной головкой 2 с гранями под ключ. Стержень содержит резьбу 7,  расположенную на противоположном от головки 2, конце стержня 1. Между головкой 2 и резьбой 7, соосно размещены, нанизанные на него с возможностью перемещения вдоль оси, верхний 3 и 6 нижний упорные элементы, с конической пружиной 4, расположенными между ними.
Наименьший виток конической пружины 4 выполнен с диаметром, большим диаметра стержня 1, для свободного перемещения по стержню, но меньшим диаметра головки 2,  что позволяет в качестве верхнего упорного элемента 3 применить,  размещенную между головкой 2 и верхним, наименьшим концом пружины 4, более технологичную плоскую шайбу 3.
Верхний упорный элемент 3, размещенный между головкой и верхним концом пружины, выполненный в виде плоской шайбы, так же служит предохранительным устройством  для пружины, без нее пружина при вкручивании узла деформируется, что приводит к выходу всего пружинного узла из строя.
Резьба 7 на  наружной цилиндрической поверхности стержня на острие снабжена просечкой 8. Коническая часть резьбы  7 выполнена с острием 35-40 градусов, для более легкого вхождения в дерево при вкручивании. Глубина просечки 8 на резьбе составляет 0,3 диаметра стержня, а ширина не более длины конуса резьбы, для  преотвращения растрескивания древесины в посадочном месте 5 за счет снятия напряжения просечкой 8, что позволяет не прилагать излишних усилий, приводящих к смыканию витков пружины 7 при сборке, за счет дополнительного заостренного проточкой 8 острия резьбы 7, что также сохраняет компенсаторные свойства пружинного узла.
Изготовление пружины 4 из  проволоки с диаметром в пределах 4.5 – 5.5 мм,  позволяет получать пружины с различной жесткостью, для различного стенового материала, и создать необходимое усилие для осаживания и бруса и бревна 9,10 разного диаметра, поскольку, чем больше сечение бруса или диаметр бревна, тем больше нужно усилие осаживания.
Пружинный  узел-сила для сборки деревянных строений и конструкций применяют следующим образом.
Для скрепления двух деревянных деталей 9 и 10 конструкции, в верхней 9 высверливают углубление - посадочное место 5 под головку 2 стержня 1. При скреплении, в посадочное место 5 верхней детали 9 конструкции, вставляют  стержень 1 пружинного крепежного узла и, без предварительного рассверливания отверстия под резьбовую часть 7, выполненную с острием 35-40 градусов и просечкой 8, вворачивают его конической частью стержня 1, до выхода резьбовой части 7 из верхней детали 9 строения и вхождения в нижнюю деталь 10 строения.
Когда нижний упорный элемент 6 доходит до дна посадочного места 5, он, скользя по стержню 1, начинает прижимать пружину 4 к верхнему упорному элементу 3, в виде плоской шайбы, который, упираясь в головку с гранями 2, продолжает движение вниз, до устранения зазора в межвенцовом посадочном месте 5.
При этом упорный элемент 3, в виде плоской шайбы, которая в силу возможности ее свободного осевого перемещения по стержню без перекосов, за счет выбора диаметра наименьшего витка конической пружины 4, всегда соосна пружине 4 и  под действием гравитации прилегает к верхнему краю конической пружины 4, не позволяя  верхнему концу стопорить вращение граненой головки 2 при вкручивании в соединяемые детали, или повреждать граненую головку 2 пружинного узла при усадке и температурных деформациях собранных деревянных строений.
Упорный элемент 6 не позволяет свободному концу нижнего наибольшего витка конической  пружины 4 вылезти за пределы стенки чашеобразного упорного  элемента  6, что предотвращает сцепление свободного конца  наибольшего витка конической  пружины 4  с волокнами древесины стенок посадочного места 5, и не позволяет  провоцировать приложение излишних усилий при закручивании пружинного узла, что обеспечивает  работу пружины 4, как компенсатора, при усадке  и деформациях, вызванных климатическими изменениями  в  деревянных элементах 9 и 10 конструкций.
Применение пружины 4 из  проволоки с диаметром в пределах 4.5 – 5.5,  для различного стенового материала, позволяет создать необходимое усилие для осаживания и бруса и бревна 9, 10 разного диаметра, поскольку, чем больше сечение бруса или диаметр бревна, тем больше нужно усилие осаживания.
Так,  для изделий "Пружинный узел-сила с конической пружиной" размером 10х160 и 10х200 мм (для бруса до 160 мм высотой и бревна до 220 мм диаметром) диаметр проволоки 4,5 мм с усилием пружины в 180-220 кг в сжатом состоянии, а для узла размером 240 мм сечение проволоки 5 мм, с усилием сжатия пружины 240-260 кг(для бруса до 250 мм и бревна до 280 мм), тогда как для изделия 10х280 мм (для бруса выше 250 мм и бревна диаметром более 280 мм) применяется пружина с диаметром проволоки 5,5 мм с усилием 280-300кг.
Техническим результатом является повышение надежности и сохранении компенсаторных свойств пружинного узла сила для сборки деревянных строений и конструкций на весь срок службы деревянного строения.