ГВОЗДЬ

Полезная модель относится к области крепежных изделий, предназначенных для соединения деталей из дерева или для прикрепления к деревянным элементам деталей, выполненных из других материалов.
Стандартные гвозди выполняют в виде заостренных стержней с плоскими или заостренными головками. При этом заостренные концы стержней имеют форму, которая обеспечивает заглубление гвоздя в деревянный элемент. Держатся такие гвозди в деревянном элементе трением между цилиндрической поверхностью стержня и древесиной. Но при длительной эксплуатации такие гвозди не обеспечивают надежного соединения деталей в узле в условиях механических и климатических воздействий, например, вибраций, от землетрясений, ветра, влаги, от тепла, холода и т.п., особенно при их совместном действии в передвижных конструкциях, находящихся на открытом воздухе. Эти гвозди под влиянием сил остаточного напряжения дерева в деревянных конструкциях, внешних воздействий на детали конструкции, например, перепадов температур, влаги, пересыхания древесины и т.п., постепенно самопроизвольно выходят из деревянного изделия (далее по тексту "вылезают из изделия"). При этом между деталями узла появляется зазор, который под воздействием механических нагрузок постепенно увеличивается. Гвоздь вылезает еще больше и конструкция может разрушиться. Таким образом, широко известные гвозди не обеспечивают длительное и надежное соединение деталей. Например, при креплении такими гвоздями крыши к основанию из древесины и при вылезании гвоздей из изделия во время сильного ветра, урагана, торнадо крыша может оторваться, что принесет большие убытки и даже может привести к гибели людей.
Для устранения этого недостатка пытаются повысить трения между стержнем и древесиной, выполняя поверхности стержней более шероховатыми (так называемые ершовые гвозди), например, делая на поверхностях стержней различные винтовые нарезки (так называемые винтовые гвозди) и насечки другой формы (например, патент России 2117191, патент США 2811964, заявка ФРГ 3302640), или выполняя стержни с различными разжимными участками или коленами (например, патенты России, 2044932, 2082906), образованными в стержнях с прорезями, или с клиновыми участками (https://www.hilti.co.uk/anchor-systems/other-metal-anchors/r1134). Однако описанный выше эффект вылезания гвоздя, хотя и затрудняется, но не в достаточной мере, чтобы обеспечить надежную работу гвоздя.
Более надежными с этой точки зрения являются гвозди, которые сгибаются по мере их вхождения в древесину (например, а.с. СССР 969991). В таких гвоздях препятствование вылезанию гвоздя обеспечивается не только трением между стержнем и древесиной, но и за счет изогнутой формы гвоздя, забитого в деревянный элемент.
Известны гвозди (см. патенты NZ 9,436, RU 2373435, RU 2370333), стержень которых представляет собой два стержневых элемента, которые соединены с головкой и имеют односторонний скос на конце каждого стержневого элемента, при этом скосы направлены в противоположные стороны. Такие гвозди имеют улучшенные эксплуатационные свойства, которые заключаются в том, что, углубляясь в древесину, они изгибаются, получая остаточную деформацию, что в значительной степени исключает их вылезания из изделия в процессе эксплуатации. Однако, эти гвозди имеют тот эксплуатационный недостаток, что при забивании таких гвоздей нужно осуществлять удары по голове точно по оси гвоздя, что практически невозможно при забивании гвоздей. При ударе по голове гвоздя, хотя бы под небольшим углом, изгибы стержневых элементов становятся не одинаковыми, что приводит к непредсказуемости направления забивания гвоздя и что для многих крепежных узлов недопустимо. Кроме того, в начальной стадии забивания гвоздя это приводит к нарушению целостности древесины и к ослаблению удержание гвоздя. Конструктивно это связано с отсутствием элемента, который направлял бы гвоздь.
В последнее время для повышения трения между гвоздем и древесиной предлагают гвозди изготавливать не из прутковой заготовки, а из полосы, площадь поверхности трения которой больше площади поверхности трения гвоздя из прутка при одинаковой площади поперечного сечения. Известен гвоздь (см. патент Украины на полезную модель №99061), который позволяет устранить вышеприведенные недостатки. Гвоздь имеет стержень, заостренный в нижней части, и головку. Стержень выполнен в виде полой конструкции, верхняя часть которой со стороны головки имеет вид прямоугольного параллелепипеда с поперечным сечением прямоугольной формы, а нижняя часть имеет поперечное сечение П-образной формы и образована продолжением трех граней верхней части. При этом в нижней части конструкции расположен криволинейный элемент, который является продолжением четвертой грани прямоугольного параллелепипеда. Но этот гвоздь имеет также несколько недостатков, основными из которых являются недостаточная степень удержания гвоздя - от вылезания криволинейным элементом, направленным вниз, а также сложность изготовления гвоздя в связи с П-образным профилем стержня и увеличенная металлоемкость.
Задачей полезной модели является создание такой конструкции гвоздя, которая устраняла бы выше описанные недостаток и тем самым улучшала эксплуатационные свойства гвоздя.
Это достигается тем, что в гвозде, содержащем стержень, имеющий основу по существу пластинчастой формы с заостренным концом в ее нижней части, и головку в верхней части основы, есть верхний элемент и нижний элемент, причем верхний элемент прилегает к верхнему участку одной из сторон основы и выполнен так, что один конец элемента прикреплен к головке, а другой его конец является свободным и имеет скос, обращенный к основе, при этом нижний элемент прилегает к нижнему участку другой стороны основы и выполнен так, что один конец элемента связан с заостренным концом основы, а другой его конец является свободным и имеет скос, обращенный к основе.
На фиг. 1 показан гвоздь, который заявляется.
На фиг. 2 показан вид по стрелке С на фиг. 1.
На фиг. 3 показан поперечный разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 4 показан поперечный разрез Б-Б на фиг. 1.
На фиг. 5 показан вариант заостренного конца гвоздя.
На фиг. 6 показан поперечный разрез В-В на фиг. 2.
На фиг. 7 показан поперечный разрез Г-Г на фиг. 5.
На фиг. 8 показана заготовка материала, из которого изготавливают гвоздь.
На фиг. 9 показано место заостренного конца на заготовке при одинарном сгибе.
На фиг. 10 показан вид по стрелке Г на фиг. 8
На фиг. 11 показан гвоздь в забитом в древесину состоянии.
Гвоздь (фиг. 1) содержит стержень 1, который имеет заостренный конец 2 в нижней части стержня 1, и головку 3 гвоздя в верхней части стержня 1.
Стержень 1 имеет основу 4, в верхней части которой есть верхний элемент 5, который расположен с одной из сторон основы 4 и отходит вниз от головки 3. Верхний элемент 5 одним концом прикреплен к головке 3 и имеет свободный конец 6. В нижней части основы 4 есть нижний элемент 7, кторый расположен с противоположной стороны основы 4, прилегает к нижнему участку другой стороны основы, связан с заостренным концом (2) основы и отходит вверх от заостренного конца 2. Нижний элемент 7 имеет свободный конец 8. Верхний элемент 5 на своем свободном конце 6 имеет первый односторонний скос 9, обращенный к основе 4, а нижний элемент 7 на своем свободном конце 8 имеет второй односторонний скос 10, обращенный к основе 4. Скосы 9 и 10 имеют угол а скоса (фиг. 1) в пределах 25-45°
Основа 4 со стороны, обращенной к нижнему элементу 7, имеет продольный элемент жесткости 11, который вытянут от заостренного конца 2 к головке 3 и выступает наружу другой стороны основы 4. К этому продольному элементу жесткости 11 примыкает и касается его (фиг. 1) нижний элемент 7.
Продольный элемент жесткости 11 выполнен в виде изогнутого участка основы 4 в ее центральной части, создавая продольное углубление 12, которое обращено к верхнему элементу 5 и вытянуто вдоль продольного элемента жесткости 11.
Продольный элемент жесткости 11 имеет несколько поперечных насечек 13, которые расположены в углублении 12 и размещены вдоль него (фиг. 1, фиг. 4).
В одном из вариантов (фиг. 1, фиг. 8), основа 4 и нижний элемент 7 изготовлены из одной полосы 14 прямоугольного поперечного сечения шириной Н и толщиной h, при этом высота А (фиг. 3) продольного элемента жесткости 11 равна двойной толщине h полосы 14, из которой изготовлены основа 4 и нижний элемент 7.
Заостренный конец 2 имеет угол заострения 90° (фиг. 2) или 45° (фиг. 5). Образование такого заостренного конца 2 будет объяснено ниже.
Изготовление гвоздя выполняют следующим образом. Из полосы 14, соответствующей ширины Н и толщины h, отрезают заготовку соответствующей длины L, равной сумме длин Lb верхнего элемента,. Lн нижнего элемента и Lц При этом для обеспечения скосов 9, 10 и для упрощения технологии отрезания режущий инструмент, например, отрезной алмазный круг, располагают под углом а (фиг. 6), который, в основном, составляет 25-45°. То есть, не нужно разворачивать режущий инструмент. Дополнительно, если заготовка имеет толщину 0,3-0,8 мм, то скосы 9, 10 можно формировать путем отгибания концов элементов 5, 7 (не показано). При следующей операции выполняют продольный элемент жесткости 11 и углубление 12, например, путем штампования (фиг. 3, фиг. 8) вдоль центральной продольной оси (не показана) полосы-заготовки с одновременным (или последовательным) образованием в соответствующих местах поперечных насечек 13, например, путем просечки полосы 14 в соответствующих местах
Далее формируют заостренный конец 2 и нижний элемент 7. Заостренный конец 2 формируют перекрестным сгибом (фиг. 6, фиг. 8), используя известный метод origami (японская технология свертывания листовых материалов). При этом сгибают полосу по линиям 15, 16, 17 (показаны пунктиром на фиг. 8), выходящим из одной точки в центре полосы. Причем одна из линий 17 перпендикулярна центральной продольной оси, а две другие 15, 16 расположены под углом 45°. Можно формировать заостренный конец 2 одинарным сгибом (фиг. 7, фиг. 9), используя выше указаный метод, при этом сгибая полосу по линиям (показаны пунктиром на фиг. 9), выходящим из одной точки на краю полосы. Одна из линий 18 перпендикулярна центральной продольной оси, а две другие расположены под углом 45° (фиг. 9).
Нижний элемент 7 формируют при сгибании полосы 14 длиной Lн на 180° по линии 17 или 18.
Формируют верхний элемент 5 путем сгибания верхнего конца полосы-заготовки 14 длиной Lв на 180° по линии 19 (фиг. 8), перпендикулярной центральной продольной оси. Длины Lв и Lн верхнего и нижнего элементов 5, 7, соответственно, устанавливают в зависимости от размеров гвоздя и условий эксплуатации.
Формируют головку 3 гвоздя. Ее формируют в месте сгиба полосы-заготовки для формования верхнего элемента 5 (фиг. 1) известным методом высадочного штампования, для чего оставляют определенное количество материала (конец Lг на фиг. 1) для заполнения высадочного штампа металлом.
При забивании гвоздя он начинает входить в древесину (фиг. 11) и когда верхний элемент 5 своим скосом 9 начнет упираться в поверхность древесины, то, благодаря скосу 9, верхний элемент 5 начнет отклоняться от вертикального положения (фиг. 11) и в забитом положении гвоздя займет изогнутое, отклонено положение.
При воздействии на конструкцию (не показана), которая крепится к деревянному изделию (например, кровля дома к деревянным балкам основания крыши) с помощью вбитого в него гвоздя, нагрузки (ветер, вибрация и т.п.) на эту конструкцию побуждают гвоздь к вылезанию из древесины. Но этому противодействуют: трение между поверхностью гвоздя и древесиной, отклоненный верхний элемент 5, так как необходимо прилагать дополнительное усилие для обратной деформации отклоненного при забивании верхнего элемента 5, и дополнительно, вылезанию противодействует и нижний элемент 7, который при действии силы, которая способствует "вылезанию" гвоздя, упирается своим скосом 10 в древесину, отклоняется (см. пунктиром на фиг. 11) и тем самым также противодействует вылезанию гвоздя. Дополнительно, вылезанию гвоздя противодействуют поперечные насечки 13, взаимодействующие с древесиной изделия.
Таким образом, такая конструкция гвоздя обеспечивает надежное соединение элементов конструкции с древесиной изделия и невозможность его постепенного самопроизвольного выхода из древесины изделия. Это дает возможность уменьшить количество гвоздей для соединения. При этом изготовление гвоздя выполняют из металлической полосы, что дает экономию металла.