Крепежный элемент для монтажа теплоизолирующих материалов на несущей конструкции

Полезная модель относится к крепежным элементам в области строительства, в частности для крепления теплоизоляционных, облицовочных материалов, а также устройств на несущей конструкции из легкого бетона, например, рекламных изделий, вывесок, различных деталей и изделий.
Известен крепежный элемент для монтажа теплоизолирующих материалов и устройств на несущей конструкции из легкого бетона, выполненный из полимерного негорючего материала (например, из поликарбоната) и содержащий стержневой держатель с прижимной перфорированной пластиной и переходным утолщением, концевая часть стержня держателя имеет наружную резьбу, которая выполнена с увеличивающимся диаметром витков в направлении к прижимной пластине, а в прижимной пластине и переходном утолщении выполнено осевое отверстие, ограниченное упорной площадкой и имеющее в своем сечении имеет форму шестигранника или квадрата или тора (RU 131396, Е04В 1/76, опубл. 20.08.2013 г.). Это решение принято в качестве прототипа для заявленного решения.
Известный крепежный элемент для монтажа теплоизолирующих материалов и устройств на несущей конструкции из легкого бетона используют следующим способом. Для крепления утеплителя на фасад здания предварительно насверливают отверстие подходящего диаметра в стеновой панели из легкого бетона и, подготовив инструмент, закрепив в патрон, (например, электродрели или электрической отвертки) биту, шестигранник, квадрат или тор, в зависимости от выбранного элемента крепления и конфигурации осевого отверстия, вставляют биту в осевое отверстие стержневого держателя и закручивают в предварительно просверленное отверстие крепежный элемент до соприкосновения поверхности прижимной пластины и поверхности утеплителя. При закручивании крепежный элемент наружной резьбой нарезает резьбу в предварительно засверленном отверстии. При этом прижимная пластина обеспечивает адгезию с утеплителем.
Известный крепежный элемент относится к категории одноразового использования, в связи с чем обладает недостаточной прочностью из-за технологической недоработки его конструкции. Особенностью данного крепежного элемента является то, что он вкручивается в предварительно засверленное отверстие одинакового диаметра по длине как в самой плите утеплителя, так и в несущей конструкции (например, плите легкого бетона). При каждом повороте в контакт с стенкой отверстия вступает виток, диаметр которого больше диаметра предыдущего витка. На витках проявляется растущее сопротивление деформируемого материала стенки отверстия, и, как следствие, возрастает усилие на поворот стержневого держателя. Бита или шестигранник введены только в верхнюю часть этого держателя. Таким образом стержневой держатель испытывает кручение на участке от места расположения биты или шестигранника до того витка который имеет наибольший диаметр в момент контакта с стенкой высверленного отверстия. Это приводит к деформации стержневого держателя и к его поломке в зоне перехода части стержня меньшего диаметра в часть, имеющую продольное отверстие под биту или шестигранник. Данная проблема не так выражена при прохождении стержневой части крепежного элемента через тело плиты утеплителя (как правило, плотность структуры материала, применяемого в качестве утеплителя, меньше плотности материала несущей конструкции), но становится проблемной при введении резьбовой части в тело несущей конструкции. Если тело стержневого держателя выдерживает нагрузки кручения, то это приводит к деформации витков на его концевой части. Для исключения этой проблемы необходимо, чтобы прочность полимера, из которого изготовлен крепежный элемент, была больше и с запасом больше прочности материала несущей конструкции. Это приводит к достаточно ощутимому удорожанию крепежного элемента, что входит в противоречие с тем. что этот крепежный элемент относится к категории одноразового применения, то есть к расходному материалу.
В патенте указано, что устройство можно использовать для монтажа опалубки из любого влагостойкого и достаточно прочного листового материала (в частности, полистирола вспененного, экструзионного полистирола), соединения слоев теплоизоляции между собой, крепления углов, откосов и иароизоляции на вент фасаде, соединения слоев теплоизоляции к легким бетонам, а также кровельных работ, закручивая в предварительно засверленное отверстие крепежный элемент, который прижимает слой утеплителя к основанию. В связи с этим можно предположить, что прочность материала крепежного элемента должна быть выше прочности полистирола.
Применение резьбы с изменяющимся диаметром витков не оправдано по следующей причине. При прохождении через тело плиты утеплителя за счет вкручивания стержневого держателя происходит деформация материала утеплителя, выраженная в том, что слои материала под действием усилия со стороны витков, уплотняются за счет пористости материала или его волокнистости, то есть неоднородности структуры. Но при входе в высверленное отверстие в, например, полистиролбетоне, давление от витков приводит к уплотнению материала несущей конструкции, а к его разрушению в крошку. При вкручивании этой крошке необходимо найти выход наружу, но это не позволяет сделать следующий виток (его диаметр больше предыдущего витка), так как он перекрывает выход крошки по винтовой поверхности. Происходит уплотнение крошки и закупорка отверстия, приводящее к росту сопротивления, препятствующего продвижению концевой части стержневого держателя по высверленному отверстию. А повышение усилия вкручивания со стороны перфорированной пластины приводит к повышению скручивания стержня и его поломке в зоне перехода в часть с продольным отверстием.
Крепежный элемент выполнен из полимерного материала методом литья или формования. Сама конструкция стержневой части держателя выполнена с резкими переходами от тела стержня в витки и от тела стержня к его тонкостенной части с продольным отверстием. То есть имеет место разнотолщиность стенок. Известно, что после формования процесс полимеризации в изделии проходит быстрее в тонких стенках, то есть эти стенки первыми приобретают конструктивную прочность за счет застывания полимерной массы. Но в стенках в большей толщиной процесс полимеризации в изделии сначала заканчивается в поверхностных слоях (время полимеризации примерно совпадает с временем полимеризации тонких стенок), а потом - в глубинных слоях. Но кристаллизация в глубинных слоях не имеет достаточного по темпу выхода тепла через поверхностные слои, что приводит к образованию такой застывшей структуры полимера, которая отличается от структуры полимера в поверхностных слоях. Это приводит к образованию раковин, пустот, трещин внутри изделия. При нагружении поверхностные слои изделия работают в диапазоне упругой составляющей, а внутренние - в режиме разрушения молекулярных связей. Это и является причиной разрушений таких полимерных стержневых фасонных изделий и именно на участках изменения толщин стенок.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении прочности крепежного элемента и его надежности при вкручивании в несущую конструкцию.
Указанный технический результат достигается тем, что в крепежном элементе для монтажа теплоизолирующих материалов на несущей конструкции, выполненном из полимерного материала и содержащем стержень, на одном конце которого закреплена прижимная пластина, а другой конец, имеющий на части длины стержня наружную резьбу с заходной частью, выполнен заостренным, при этом со стороны прижимной пластины в теле стержня выполнено осевое отверстие, имеющее поперечное сечение в форме многоугольника, осевое отверстие в теле стержня выполнено по всей его длине до заостренного конца, в боковой стенке которого организованы два радиальных отверстия для сообщения полости осевого отверстия с наружной средой, наружная резьба выполнена за заходной частью постоянного диаметра и треугольной формы в сечении, на участке стержня, примыкающем к прижимной пластине, выполнены кольцеобразной формы выступы, при этом на внешней поверхности прижимной пластины выполнены линейной формы пересекающиеся между собой углубления.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид крепежного элемента;
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, продольный разрез;
фиг. 3 - сечение концевой части стержня с одной стороны;
фиг. 4 - сечение концевой части стержня с другой стороны;
фиг. 5 - вид на прижимную пластинку со стороны углублений;
фиг. 6 - сечение прижимной пластины по углублению.
3
Согласно настоящей полезной модели рассматривается устройство прикрепления и удержания панели тепло- или звукоизоляции на несущей конструкции: стене или опалубке и т.д. Это устройство представляет собой крепежный элемент типа шурупа или самореза, который пропускается через толщину теплоизолирующей панели и концевой частью вворачивается в стену. Предпочтительно использовать такой крепежный элемент для несущих конструкций, выполненных из легкого бетона или аналогичных материалов - шлакобетона. Под понятием "легкие бетоны" понимается группа бетонов с объемной массой менее 2000 кг/м. К ней относятся бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, аглопоритобетон, перлитобетон), бетоны на легких органических заполнителях (арболит, костробетон, полистиролбетон) и ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон). В качестве вяжущих могут быть использованы цемент, гипс, магнезиальный цемент. Кроме того, могут использоваться и другие материалы, такие как дерево и деревосодержащие плиты (МДФ, ДСП и т.д.)
Крепежный элемент для монтажа теплоизолирующих материалов на несущей конструкции, выполненной, например, из полистеролбетона, представляет собой изделие из полимерного материала (фиг. 1 и 2). Это изделие по форме напоминает саморез или шуруп и имеет стержень 1 постоянного диаметра (круглой или многогранной или овалобразной формы в поперечном сечении по наружной поверхности), на одном конце которого закреплена прижимная пластина 2, представляющая собой тонкостенный диск или иной формы пластинку с поперечными размерами, превышающими поперечный размер стержня.
В функцию этой пластинки входит возможность прижима к теплоизолирующей плите после ввода стержня по всей его длине в стеновую конструкцию. Эта пластина имеет достаточно развитую по площади поверхность и сконструирована так, что обладает упругостью, то есть может принять некоторую форму, повторяющую поверхность места контакта с теплоизолирующей плитой. Эта упругая податливость обеспечена тем, что на внешней поверхности прижимной пластины (фиг. 5) выполнены линейной формы пересекающиеся между собой углубления 3 (фиг. 6), образующие сетку углублений. Благодаря этому сохранена прочность прижимной пластины, и обеспечена ее высокая упругость. Сетка не имеет ориентации, поэтому у такой пластинки степень упругости одинаковая по любому из радиусов.
При монтаже (закреплении теплоизолирующей панели) сначала высверливают отверстие в теле этой панели и в теле несущей конструкции. Это отверстие является направляющим для перемещения крепежного элемента. Как правило, такие отверстия имеют отклонения от перпендикулярности к поверхности несущей конструкции. Это приводит к тому, что крепежный элемент вворачивает в высверленное отверстие под углом (пусть небольшим) к поверхности несущей конструкции. При таком положении стержня крепежного элемента прижимная пластинка так же располагается не в плоскости поверхности теплоизолирующей плиты, а под небольшим углом. При дальнейшем вворачивании стержня прижимная пластинка деформируется/изгибается вся или ее часть (за счет упругой податливости из-за углублений) и укладывается на поверхность теплоизолирующей плиты. Это необходимо для того, чтобы обеспечить плоскостность или ровность поверхности утеплителя под будущие работы на нем.
Другой конец стержня выполнен заостренным или с заостренным кончиком 4 (фиг. 3 и 4) и имеет на части длины стержня наружную резьбу 5 с заходной частью 6. Наружная резьба выполнена за заходной частью постоянного диаметра по виткам и треугольной формы в сечении (фиг. 3 и 4). Заостренный кончик используется для удобства ввода в высверленное отверстие, а заходная часть резьбы используется для снижения усилий при образовании смятия материала несущей конструкции. При таком исполнении резьбового участка крепежного элемента при вворачивании на стенке высверленного отверстия первый виток образует резьбовую канавку, а остальные витки не оказывают сопротивления перемещению стержня, так как перемещаются по участку резьбы, имеющем ту же форму, что и эти витки. При износе или поломке первого витка и недостаточно проработанном профиле борозды в стенке высверленного отверстия функция корректора резьбовой борозды передается следующему витку. Таким образом на крепежном элементе при его вворачивании сохраняется постоянным одно и то же усилие его вворачивания.
Особенностью заявленного крепежного элемента является то, что со стороны прижимной пластины в теле стержня выполнено осевое отверстие 7, имеющее поперечное сечение в форме многоугольника или иной некруглой формы (квадрат, ромб овал в поперечном сечении по внутренней стенке). При этом осевое отверстие в теле стержня выполнено по всей его длине до заостренного конца. Таким образом, можно говорить, что стержень, по сути представляет собой заглушенную с одного конца трубку, то есть имеет тонкостенную конструкцию. У этой тонкостенной конструкции отсутствуют резкие переходы поперечных размеров, что позволяет при полимеризации добиться практически однородной структуры полимерного материала. Это позволяет серьезно повысить прочность крепежного материала, обеспечив ему на всей длине стержня одинаковые и прочностные и упругие свойства.
Для крепления утеплителя на фасад здания предварительно насверливают отверстие подходящего диаметра в стеновой панели и, подготовив инструмент, закрепив в патрон, (например, электродрели или электрической отвертки) биту, шестигранник, квадрат или тор, в зависимости от выбранного элемента крепления и конфигурации сечения осевого отверстия, вставляют биту в осевое отверстие 7 и закручивают в предварительно просверленное отверстие крепежный элемент до соприкосновения поверхности прижимной пластины 2 и поверхности утеплителя.
А в боковой стенке заостренного кончика или заостренной части организованы два радиальных отверстия 8 для сообщения полости осевого отверстия с наружной средой. При прохождении стержня через теплоизолирующую плиту происходит сминание (смятие или уплотнение) материала этой плиты, а при образовании резьбовой борозды в стенке отверстия в несущей конструкции происходит крошение материала несущей конструкции и осыпание его в отверстие. При этом по мере продвижения заостренного кончика стержня происходит захват части крошки или перемещение крошки и пересыпание ее в полость стержня через отверстия 8. Таким образом, исключается закупорка высверленного отверстия и обеспечивается вывод крошки в полость стержня.
На участке стержня, примыкающем к прижимной пластине, выполнены кольцевой или овалообразной (кольцеобразной) формы выступы 9 (фиг. 1 и 2). Эти выступы предназначены для дополнительного закрепления стержня в теле теплоизолирующей пластины при отсутствии прижимной пластины. Практика применения таких крепежных элементов показывает, что на практике, в зависимости от категории работ, которые будут выполняться на поверхности теплоизолирующего экрана здания или стены и т.д., либо прижимные пластинки остаются на панелях в качестве прижимных элементов (например, когда предусмотрено последующее крепление облицовочных пластин), либо эти прижимные пластинки отрезают (например, когда наружная поверхность теплоизолирующего экрана подлежит грунтованию или окраске или оклейке). При отрезании прижимной пластинки ее функция перелается этим кольцеобразной формы выступам 9. При вворачивании стержня в материале теплоизолирующей панели происходит упругое смятие материала. Этот же процесс происходит и при ввода участка с выступами 9 в этот материал. После прекращения вращения стержня материал панели под действием остаточной упругости прижимается к поверхности стержня, в том числе и на участках между выступами 9. Это обеспечивает удержание панели на стержне.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть использована в строительных работ по отеплению помещений и зданий. При этом конструкция крепежного элемента обладает простотой при высокой технологичности изготовления.
Крепежный элемент согласно заявленной полезной модели имеет высокую прочность за счет учета особенностей полимеризации таких изделий и достаточную надежность при вкручивании в несущую конструкцию так как отсутствуют элементы, создающие повышение сопротивления и организующие деформацию кручения.
Опытные образцы были изготовлены из поликарбоната, что доказало высокую прочность на скручивание при малом весе, инертность к строительным материалам, высокую коррозионную стойкость, отсутствие "мостиков холода" в готовой конструкции. При этом конструкция крепежного элемента позволяет использовать не только высокопрочные виды полимеров, но и полимеры с меньшей прочностью или большей упругой податливостью. Это объясняется тем, что при прохождении крепежного элемента через высверленное в теплоизолирующей плите отверстие со стороны материала, обычно применяемого для таких плит, практически нет сопротивления. А при перемещении по отверстию в несущей конструкции витки резьбового участка могут упруго деформироваться. При этом все равно будет образовываться резьбовая борозда, но не полного профиля. А удержание стержня в несущей конструкции будет осуществлено за счет высокой степени трения витков при их упругой деформации о стенки отверстия и в борозде.