Ручной терморезак для пенопласта

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, B29C37/00, B26F3/12, 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 кронштейна П-образной формы.
Известна линейка ручных резаков, выпускаемых автором под маркой «Творец -1(2,3,4)» с 31.08.2018г., https://www.rezak-penoplasta-tvorec.ru/company/history/, фиг.1, принятых за прототип, состоящих 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 в диапазоне 20÷35 град, на концах которых расположены держатели режущей струны с механизмом её крепления и натяжения, имеющие контактные площадки для механического присоединения питающих проводов. Питание осуществляется от бытовой сети 220 В через понижающий адаптер на напряжение 9 В постоянного тока. В зависимости от марки резака устройство реализовано в варианте питания от батареек, с питанием от сетевого адаптера с регулированием температуры струны потенциометром. Локальное низковольтное питание от батареек позволяет обеспечить электробезопасность при работах с детьми и/или обеспечить работу вдали от питающей сети. В качестве режущей струны используется высокоомная нихромовая проволока диаметром 0,22÷0,4мм. Варианты выпускаемых резаков предназначены для обработки заготовок из пенопласта, полистирола толщиной до 50 мм для любительской обработки мелких деталей и для мастеров, работающих с листовыми заготовками до 100 мм, при этом конструктивная длина режущей струны фиксирована и определяется варьированием угла между кронштейнами и их длиной. К недостаткам относится необходимость потенциального потребителя приобретать комплект ручных резаков с фиксированной длиной струны для комплексной обработки деталей различных линейных размеров, что существенно снижает их потребительские возможности. Использование резака с заведомо длинной струной, 100 и более мм, не может являться универсальным, так как не решается задача точной обработки мелких деталей из-за выноса длинных кронштейнов от ручки резака – ручная обработка мелких деталей требует соизмеримого мелкого инструмента, который является продолжением руки.
Целью предлагаемого технического решения является универсализация ручного резака в части реализации возможности ступенчатого или плавного регулирования длины режущей струны для обработки деталей разной толщины и формы.
струны
кронш
струны
кронш
При V-образной форме ручного терморезака полудлина режущей струны (катет) зависит от длины кронштейна (гипотенуза) и синуса растворного угла φ (см. фиг.2, 3, 4) между вертикальной осью симметрии устройства и кронштейном, для полной длины - умноженным на два, по известной формуле прямоугольного треугольника: l= 2 (L х sin φ). Таким образом, варьирование длины режущей струны lдостигается как изменением длины кронштейнов при фиксированном угле φ, так и изменением угла φ при фиксированной длине кронштейнов L, что наблюдается в выпускаемой линейке терморезаков «Творец» (фиг.1) и используется в расчетах конструкции предлагаемого устройства.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение его эксплуатационных возможностей.
струны
кронш
кронш
Технический результат достигается тем, что ручной терморезак для пенопласта, состоящий 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, жестко закрепленных на корпусе, расположенных 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 каждый кронштейн состоит из двух сопрягаемых элементов, имеющих телескопическое соединение между собой, оборудованные вышеупомянутыми держателями струны, один из которых жестко закреплен на корпусе и имеет отверстия, расположенные по длине вдоль центральной оси элемента, а второй, подвижный элемент, имеющий пружинную кнопку-фиксатор, свободно и плавно выдвигается из первого и по мере ее совпадения с отверстиями в процессе выдвижения жестко фиксирует взаимное положение сопрягаемых элементов кронштейна на высоте, необходимой для обеспечения рабочей длины струны в зависимости от толщины обрабатываемой пенопластовой заготовки, рассчитанной по формуле прямоугольного треугольника l = 2 (L х sin φ), где L - длина кронштейна, а φ - растворный угол, после чего струна закрепляется в вышеупомянутых держателях.
Техническое решение иллюстрировано следующими чертежами: на фиг.1 представлено фото семейства ручных терморезаков прототипа; на фиг.2 показано предлагаемое устройство в сборе (вид спереди) с телескопическим соединением элементов кронштейнов и фиксацией их положения упругим кнопочным соединением, фиксатором труб для ступенчатой регулировки длины режущей струны; на фиг.3 показано устройство в сборе с телескопическим соединением элементов кронштейнов с выдвижением подвижного элемента по направляющей в неподвижном и фиксацией их взаимного положения винтовым  соединением, для плавной регулировки длины режущей струны; на фиг.4 показан резак с плавной регулировкой длины режущей струны путем изменения растворного угла φ между кронштейнами. Фиг. 2, 3, 4 иллюстрированы объемными изображениями вариантов устройств в 3D.
Ручной терморезак для пенопласта в сборе (фиг.2), имеющий V- образную форму, позволяющий реализовать ступенчатую регулировку длины режущей струны 9, 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 каждый не менее чем из двух трубчатых элементов 4а и 4б (на фиг.2 показаны два элемента), имеющих телескопическое соединение, при этом элементы 4а жестко закреплены в корпусе 1, а трубчатые элементы 4б меньшего диаметра свободно двигаются внутри элемента 4а, имеющего больший диаметр. На каждом элементе 4а симметрично в вертикальной и горизонтальной плоскости относительно друг другу и на одинаковой высоте от корпуса (или верхнего края каждого из элементов 4а) выполнены не менее чем два отверстия 5а и 5б, внутрь которых входят овальные головки упругих фиксаторов труб 6, известная конструкция типа подпружиненной шпонки, расположенные внутри элемента 4б (см. разрез А-А фиг.2). На концах подвижных элементов 4б размещены держатели режущей струны 7 и 8, имеющие контактные колодки (на фиг.2 не показаны) для механического присоединения, например, винтами-саморезами, струны 9 и питающих проводов 10, при этом держатель 8 оборудован устройством натяжения струны, которое фиксируется в рабочем состоянии двумя винтами и гайками типа «барашек» 11. В данном случае натяжитель представляет собой каретку, на которой жестко закреплена контактная колодка, и каретка свободно движется по оси, жестко прессованной, в корпус держателя 8. В каретку вкручены две винтовые шпильки, выступающие на внешнюю поверхность корпуса держателя 8 и скользящие по прорезам-направляющим в нем с последующим закреплением струны в натянутом состоянии путем фиксации шпилек гайками 11. Устройство натяжения струны не является объектом предлагаемого технического решения, поэтому на фиг.2 не детализировано.
Устройство работает следующим образом. Для обработки деталей толщиной до 100 мм подвижные элементы 4б выдвинуты из элементов 4а кронштейнов на всю длину, и каждый зафиксирован выступающей головкой упругим фиксатором труб 6 в отверстии 5а, как показано на фиг.2. После чего режущая струна 9, например, из нихрома диаметром 0,4 мм закрепляется в контактной колодке держателя 7, затем вручную натягивается, и закрепляется в контактной колодке 8, и доводится до рабочего натяжения устройством натяжения струны, и фиксируется гайками 11. Рабочее состояние натяжения контролируется вручную – при ударе пальцем струна должна звенеть. Потом адаптер 9/220 В включается в сеть, и выключателем 3 через провода 10 подается напряжение на высокоомную струну 9, например, из нихрома, которая разогревается в течение нескольких секунд до рабочей температуры, визуально до красного цвета.
Для обработки мелких заготовок толщиной до 50 мм режущая струна освобождается в контактных колодках держателей 7, последовательно на каждом неподвижном элементе 4а усилием пальцев пользователя утапливаются подпружиненные выступающие головки упругих фиксаторов 6, и подвижный элемент 4б вдвигается в внутрь неподвижного 4а до совпадения головки фиксатора 6 со вторым отверстием 5б, расположенном ближе к корпусу 1, который в силу своей упругости защелкивается в отверстии и фиксирует взаимное положение элементов 4а и 4б телескопического соединения кронштейнов. После чего режущая струна 9 натягивается в держателях 7 и 8 до рабочего состояния, как было описано выше. Увеличением количества отверстий в неподвижном элементе 4а кронштейна достигается меньший шаг ступенчатой регулировки длины кронштейнов и, следовательно, длины режущей струны 9. При перемещении подвижного элемента 4б внутрь неподвижного 4а, излишки по длине питающих проводов 10 в силу своей упругости сдвигаются в пустое пространство корпуса 1 коробчатого типа и тем самым не препятствуют процессу регулировки элементов кронштейнов 4б, а также не повреждаются от деформации.
Вариант плавной регулировки длины кронштейнов 4а и 4б длины режущей струны 9 представлен на фиг.3. В этом случае изменения конструкции резака касаются только изменений в фиксации телескопического соединения кронштейнов на требуемой длине режущей струны. В неподвижном элементе 4а трубчатого кронштейна выполнены сплошные соосные прорези-направляющие 12, а в подвижном элементе 4б с противоположной стороны от держателей 7 и 8 ближе к концу – круглое диаметрально ориентированное отверстие 13, диаметр которого совпадает с шириной направляющей 12. Кронштейн собирается: подвижный элемент 4б вставляется в неподвижный 4а, совмещаются отверстие 13 и прорезь направляющей 12, в отверстие 13 насквозь элементов 4а и 4б вставляется винт, оснащенный с двух сторон профильной шайбой 15 для соединения труб типа ШП275 для увеличения площади охвата трубного неподвижного элемента 4а. Подвижный элемент 4б перемещается по направляющей 12 на требуемую глубину внутрь элемента 4а и фиксируется гайкой типа «барашек» 14. Для удобства пользования, на элементе 4а и шайбе 15 нанесены горизонтальные риски-указатели длины струны 9, например 3, 5, 7.5 и 10(см) (на фиг.3 не показаны), рассчитанные по вышеуказанной формуле прямоугольного треугольника lструны = 2 (Lкронш х sin φ), где Lкронш - длина кронштейна, а φ - растворный угол.
Как указано выше, согласно синусоидальной формуле прямоугольного треугольника изменение длины режущей струны 9 зависит как от длины кронштейнов 4, вышеописанный первый вариант устройства, так и от угла φ, между ними – раствора между кронштейнами. На фиг.4 показано устройство ручного терморезака с плавной регулировкой длины струны в зависимости от раствора угла φ между кронштейнами, которое состоит из корпуса 1 коробчатого типа, ручки-держака 2, выключателя питания «вкл-выкл.» 3, кронштейнов 4, выполненных трубчатыми элементами, держателей режущей струны 7 и 8 с устройством натяжения струны 9 (на фиг.4 не показано). По сравнению с первым вариантом изменения конструкции устройства коснулись следующего: кронштейны выполнены единым трубчатым элементом без телескопического соединения, на одних концах которых закреплены держатели 7 и 8 струны 9, вторые концы кронштейнов 4 свободно вставлены сверху внутрь пустотелого корпуса 1 коробчатого типа, через прорезь 17, выполненную сверху по всей длине корпуса 1, закреплены на осях 18, жестко зафиксированных в корпусе 1, с возможностью свободного вращения кронштейнов 4 вокруг осей 18. Выше осей 18, ближе к верхнему краю корпуса 1, в кронштейнах 4 выполнены сквозные отверстия 19, а снаружи боковой поверхности корпуса 1 - дуговые прорези-направляющие 19, в которые свободно входят насквозь через стенку корпуса 1 жестко закрепленные в кронштейнах 4 винтовые шпильки 20, с одной стороны скользят с овальной головкой по внутренней поверхности корпуса 1, а с другой стороны фиксируются в требуемом растворе угла φ между кронштейнами 4 гайками типа «барашек» 21. Для удобства пользования вдоль дуговой прорези-направляющей 19 нанесены горизонтальные риски-указатели длины струны 9, например 3, 5, 7.5 и 10 (см) (на фиг.4 не показаны), рассчитанные по известной, вышеуказанной синусоидальной формуле.
Устройство работает следующим образом. Кронштейны 4 освобождаются от фиксации гайками 21, путем вращения вокруг осей 18 симметрично выставляются шпильки 20 напротив рисок указателей требуемой длины струны 9, фиксируются гайками 21. После чего режущая струна 9 натягивается в держателях 7 и 8 до рабочего состояния, фиксируется гайками 11, как было описано выше, выключателем 3 «вкл.» подается напряжение питания и через несколько секунд устройство готово к работе. В приведенном примере, длина кронштейнов 4 составляет 160 мм, растворный угол регулируется от нуля до 90° (степень свободы вращения каждого кронштейна от 0 до 45°).
Предлагаемое техническое решение позволяет регулировать длину режущей струны в широком диапазоне одним устройством, тем самым обрабатывать как крупные заготовки из пенопластов, так и мелкие детали, при этом максимально приближать рабочую зону резки к руке, повышая удобства обработки и расширяя потребительские возможности ручного терморезака.