МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ ОГРАЖДЕНИЯ С ФИКСИРУЮЩИМИ ПРИСПОСОБЛЕНИЯМИ ДЛЯ ПАНЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к строительной отрасли - конструктивным элементам ограждений, а именно к металлическим профилям ограждений в виде металлических профилированных планок-штакетников, между которыми могут быть размещены панели, например декоративного назначения, выполненные из поликарбоната. Она ориентирована на массовое применение в гражданском и промышленном строительстве для ограждения земельных участков, жилых, общественных и производственных зданий, а также предназначена для модернизации штакетных ограждений из металлического профиля.
Уровень техники.
Из уровня техники известны решения по конструктивным элементам ограждений, использующие металлические вертикальные профили и поликарбонатные панели, соединенные с ними. Различные свойства материалов (поликарбоната и металла), например, различные коэффициенты температурного расширения, требуется учитывать при разработке соединений двух материалов. Качество соединения - в частности жесткость и долговечность жесткой фиксации полимерной панели на штакетных элементах ограждения, зависит в частности, от типа и параметров самого соединения. В целом, места соединения (сопряжения) поликарбонатных панелей) с металлической штакетой, несмотря на высокие прочностные показатели поликарбонатных панелей, могут быть недостаточно надежным и недолговечным, особенно при использовании соединений с помощью саморезов. Под воздействием циклических нагрузок (ветровых, снеговых в сочетании с температурными перепадами, микробиологическим и солнечным воздействиями) в местах повышенных механических нагрузок может происходить нарушение жесткой фиксации панели с металлом (за счет повреждений, дефектов, смещений относительно штакеты и изгиба самой панели при механических воздействиях). Под повреждениями и дефектами имеются ввиду различные раковины, вздутия, трещины, царапины на поверхности, а также расслаивание в области поперечного сечения панели.
Известно техническое решение RU 2699290 (опубликовано 04.09.2019), в котором штакетное ограждение содержит вертикально ориентированные штакеты из тонкого металлического профиля с преимущественно плоскими продольными краями, на котором можно разместить панель из сотового поликарбоната. Такое решение обеспечивает очень простую и дешевую модернизацию тонколистового металлоштакетного ограждения путем быстрой установки панелей из сотового поликарбоната (например, прозрачного) между соседними штакетными профилями. Одним из недостатков указанного технического решения является то, что в качестве материала панелей можно использовать только специально подготовленные панели из достаточно легкого сотового поликарбоната. Применение более тяжелых панелей, например, из литого поликарбоната в таком решении практически невозможно.
Известно техническое решение (Заявка на патент США № US 20150041743 А1, 2015-02-12), содержащее металлический профиль ограждения с фиксирующим приспособлением для панельных элементов. Секция ограждения с металлическим профилем включает концевые кронштейны, прикрепленные к лицевым сторонам панели стоек ограждения. Верхняя и нижняя направляющие перекрывают пролет между стойками. Панели и разделительные элементы в виде металлического Н-профиля (из U образных элементов) закреплены между верхней и нижней направляющими. Вертикальные края панелей устанавливаются при монтаже в соответствующие пазы металлического профиля. В качестве материала панели можно использовать, например, поликарбонат, металл, дерево. Разделительные элементы (H-профили) и панели поддерживаются, в частности, нижней направляющей. После размещения профилей и панелей верхнюю направляющую устанавливают между стойками и с примыканием к верхним концам разделительных элементов и панелей, тем самым закрепляя разделительные элементы и панели между верхней и нижней направляющей с образованием ограждающей секции. Конструктивное выполнение секции забора позволяет одному человеку осуществить монтаж ограждения. Существенными недостатками этого решения является невозможность использовать существующие типовые профили и стандартные технологии, используемые в современных металлоштакетных заборах (евроштакетниках). Кроме того H-профили могут быть более сложны в производстве, чем стандартные металлоштакетные профили.
Известно техническое решение (международная заявка WO 2007/126983 А2 Опубл. 08.11.2007), включающее металлическое штакетное ограждение, содержащее полимерные панели (экраны) и вертикальные штакетины, дистанцированные друг от друга. Полимерная панель закрывает, по меньшей мере, части промежуточного пространства между соседними штакетами. Специальный зажим (клипса) размещенный на профиле фиксирует панель, при этом размер зажима подобран таким образом, чтобы плотно обхватить штакетный профиль с прямоугольным сечением. Недостатком указанного технического решения является необходимость использования многочисленных дополнительных элементов для крепления полимерной панели и практическая невозможность эффективного выполнения таких зажимов на штакетах, выполненных с тонким металлическим профилем (например, на широко распространенных в России штакетных профилях П-типа или М-типа).
Известно техническое решение (патент США US 4062522, Joseph Lepitri, опуб. 13.12.1977). Штакетное ограждение с металлическим профилем и с полимерными панелями имеет преимущественно вертикально расположенные штакеты из металлического профиля, причем в каждой штакете выполнены продольные пазы вдоль их продольных кромок. Штакеты удерживаются в вертикальном положении посредством поперечных элементов (лагов). Полимерная панель ограждения устанавливается в промежуток между соседними двумя штакетами. Крепление (соединение) полимерных панелей на металлическом профиле штакеты производят следующим образом - краевые части (соответственно с продольными торцами) полимерной панели (выполняющие роли шипа) устанавливают в пазы штакеты, выполненные как углубление в торцевой части металлического профиля. Указанное техническое решение имеет целый ряд технических недостатков. Например, вышеуказанное крепление не будет достаточно надежным и долговечным при размещении в нем кромок тяжелого полимерного листа. В результате действия ветровых и снеговых нагрузок соединение, в общем случае, не может обеспечить долговременную жесткую фиксацию полимерного листа. Кроме того, такой способ крепления требует использования только специального металлоштакетного профиля и не может эффективно реализован в металлическом профиле с плоскими кромками, толщина которых не превышает 1.5 мм.
Прототип (самый близкий аналог) настоящей полезной модели является патент US 4214411 The Fanwall Corporation, 1980). В техническом решении для ограждения имеется металлический профиль ограждения с фиксирующими приспособлениями для панельных элементов. Каждое фиксирующее приспособление выполнено с возможностью фиксации вертикальной кромки панельного элемента из поликарбоната. Металлический профиль выполняет по сути роль вертикального удлиненного кронштейна, содержащего отдельные элементы в виде фланца и других элементов, формирующих фиксирующее гнездо для упругой фиксации кромки панельного элемента. Техническое решение позволяет закреплять тяжелые поликарбонатные монолитные панели и надежно их удерживать даже при очень сильной ветровой нагрузке (ураганном ветре) и резких температурных перепадах. Панели для такого крепления должны быть специально подготовлены для крепления в фиксирующем гнезде, в частности, они имеют на своих краях специально сформированные полуцилиндрические вертикальные края, находящиеся в зацеплении на опорных элементах посредством упругих сжимающих силовых элементов, которые представляют собой упругий цилиндрический элемент (например, из резины) и размещаются также в фиксирующем гнезде. Таким образом, цельные полуцилиндрические краевые участки панелей и несущие элементы содержат сопрягаемые упругие стержни, вставленные в полуцилиндрические вертикальные края панели. Упругая фиксация панели сохраняется при термическом расширение и сжатии панели и различных смещениях панели при сильных ветровых нагрузках и снежных бурях и осуществляется путем взаимного воздействия панелей и упругих силовых элементов. Указанное технические решение имеет и серьезные недостатки с точки зрения его более широкого использования в ограждениях. А именно, для его использования требуется только специальный металлический профиль, содержащий различные разборные элементы для образования фиксирующих гнезд при монтаже. Кроме того, оно требует использования в панелях монолитного поликарбоната со специально подготовленными гнутыми краями. Такое решение является дорогостоящим и относительно трудоемким для монтажа. Существенными недостатками этого решения является также невозможность использовать существующие типовые профили и стандартные технологии, используемые в современных металлоштакетных заборах.
Раскрытие сущности полезной модели
Настоящая полезная модель нацелена на исключение вышеуказанных технических недостатков решения и обеспечивает, в частности, надежную фиксацию узких монолитных тонколистовых поликарбонатных панелей в тонких листовых металлических штакетных профилях за счет модификации боковых вертикальных кромок соответствующих металлоштакетных профилей ограждений.
Задачей полезной модели является разработка металлического штакетного профиля ограждения с расширенными функциональными возможностями, позволяющими создать надежное крепление панельных элементов (в частности из монолитного поликарбоната), размещаемых между штакетными профилями ограждений. Крепление панели со штакетным профилем (штакетой) должно сохраняться в условиях длительных воздействиях различных неблагоприятных эксплуатационных факторов. Такой профиль должен в значительной степени заменить существующие на российском рынке распространенные типы металлоштакетного профилей для ограждений.
Другой задачей настоящей полезной модели является разработка максимального недорого металлического профиля ограждения на основе доработки известных профилей, которая не потребует существенного изменения существующих способов получения металлических профилей и потребует лишь незначительной изменений в используемом оборудовании. Производство такого профиля может быть быстро налажено на существующей технологической базе производства металлических штакетин с помощью известных технологий роликового профилирования.
Другой задачей полезной модели является обеспечение с помощью данного профиля легкой (не требующей привлечения специалистов) и быстрой модернизации металлоштакетных заборов, улучшение их внешнего вида (например, при использовании декоративных сотовых поликарбонатных панелей), обеспечение быстрой и удобной возможности смены внешнего вида забора без существенных материальных затрат. При этом использование такого профиля для крепления прозрачных панелей может также обеспечить выполнение существующих нормативных требований (в российском законодательстве) по прозрачности заборов. Металлический профиль должен надежно удерживать поликарбонатные монолитные акустические панели, поэтому использование в качестве материала панелей звукоизолирующего монолитного поликарбоната позволит также заметно улучшить и звукоизолирующие свойства забора.
Другой задачей полезной модели является повышение надежности штакетных ограждений за счет повышения жесткости металлоштакетных элементов ограждений.
Другой задачей является обеспечение возможности вертикального регулирования места установки между штакетами поликарбонатных панелей, что в свою очередь, дает возможность легко регулировать интенсивность светопроницаемости на участке, или его проветриваемость, создавая более благоприятный микроклимат для растений внутри участка в случае использования ограждения в садоводческих хозяйствах.
Технический результат полезной модели состоит, в частности, в обеспечении длительной (более года) жесткой двухсторонней фиксации краев узких (до 30 см шириной) панелей из поликарбоната, расположенных между двумя соседними металлическими профилями ограждения в условиях неблагоприятных атмосферных воздействий (в частности, резких температурных суточных перепадов (10-15 С°) и одновременно при сильных снеговых и ветровых нагрузках на панель, в частности, плотного снежного ветра со скоростью до 25 м/с). Отметим, что соседние металлоштакетные элементы ограждения располагают на практике на расстоянии не более чем 15-22 см друг от друга (а обычно и на меньшем - до 10 см). Именно для этого практически используемого ("стандартного" или общепринятого) промежутка между соседними штакетинами и обеспечивается заявленный технический результат.
Предлагаемый в полезной модели металлоштакетный профиль одновременно обеспечивает достижение длительной жесткой фиксации панельных элементов и легкое (т.е. с относительно небольшими силами трения при вертикальном смещении панели (движении кромок внутри фиксирующего гнезда) относительно профиля) вертикальное регулирование положения панелей относительно металлоштакетного профиля при монтаже и эксплуатации забора (например, когда панель выполнена по длине короче, чем длина штакетного профиля).
Длительная фиксация панели означает малую вероятность (менее 0.25-0.5%) вероятность выпадания панели (или нарушения жесткой фиксации) из металлоштакетного ограждения, образованного указанным металлическим профилем в ходе эксплуатации ее в ограждении в течение года от момента ее установки. Жесткая фиксация панели на штакетнике в настоящей полезной модели означает исключение любых вариантов смещения всей панели или ее части относительно кромок профиля штакетника (без учета случаев незначительного смещения панели при эффектах температурного расширения) при вышеуказанных атмосферных (природных) воздействиях. Например, исключение самопроизвольного вертикального смещения панели вниз или вверх относительно профиля, исключением самопроизвольного смещения каких-либо частей (например - отгиба нижних или верхних частей панелей) приводящего к соответствующим выходу части кромки профиля штакетника из области ее сопряжения с панелью.
Настоящая полезная модель позволяет также снизить также трудоемкость монтажа панелей (и квалификационные требования к установщику панелей) за счет исключения применения каких-либо крепежных средств при монтаже панелей, обеспечения возможности монтажа только одним человеком и обеспечения снижения силы трения при монтаже/демонтаже панели (при размещении ее кромок в фиксирующих гнездах профиля), что также снижает трудоемкость монтажа.
Для достижения указанных технических результатов разработан металлический профиль ограждения с фиксирующими приспособлениями для панельных элементов, содержащий два фиксирующих приспособления для панельных элементов, каждое из которых выполнено с возможностью фиксации вертикальной кромки панельного элемента из поликарбоната. Профиль выполнен из холоднокатаной стали и представляет собой тонколистовой металлоштакетный элемент ограждения с толщиной от 0,3 мм до 0,8 мм, имеющий две стороны (обычно называемые также тыльной и лицевой) и два вертикальных края (краевых области), при этом на каждом из вертикальных краев выполнено фиксирующее приспособление в виде вертикально вытянутого фиксирующего гнезда, содержащего верхнюю и нижнюю полки. Иначе говоря, каждое его фиксирующее приспособление выполнено в виде вертикально вытянутого фиксирующего гнезда, формирующего соответствующий вертикальный край вышеуказанного элемента и содержащего верхнюю и нижнюю полки. Фиксирующие гнезда выполнены на одной указанной стороне металлоштакетного элемента (т.е. для достижения технического результата важен факт нахождения фиксирующих гнезд на одной стороне, но какая это сторона - тыльная или лицевая - значения не имеет). Каждое фиксирующее гнездо выполнено с возможностью упругой фиксации между его верхней и нижней полками вертикальной кромки соответствующего панельного элемента, выполненного в виде поликарбонатной панели с заданной толщиной h, удовлетворяющей условию 0,3 мм ≤ h ≤ 12 мм. При вышеуказанной упругой фиксации выполняются условия 2 мм ≤ Н1 ≤ 40 мм и 2 мм ≤ Н2 ≤ 40 мм, где Н2 - глубина, определяемая расстоянием от границы края нижней полки до нижнего выступа вертикальной кромки поликарбонатной панели, а H1 - глубина, определяемая расстоянием от границы края верхней полки до верхнего выступа вертикальной кромки поликарбонатной панели. При размещении поликарбонатной панели между соседними первым и вторым металлоштакетными элементами ограждения, ближайшие другу к другу фиксирующие гнезда соответственно первого и второго металлоштакетных элементов ограждения обеспечивают возможность вышеуказанной фиксации соответствующих вертикальных кромок вышеуказанной поликарбонатной панели. Каждое фиксирующее гнездо металлоштакетного элемента может иметь С-образную форму в поперечном сечении. Металлоштакетный элемент может быть сформирован из штрипсы, причем каждое фиксирующее гнездо образовано с помощью роликового профилирования. Металлоштакетный элемент может быть выполнен из холоднокатаной оцинкованной стали с полимерным покрытием. Фиксирующие гнезда металлоштакетного элемента могут быть выполнены с возможностью фиксации боковых вертикальных кромок дополнительной гибкой панели (обычно такие панели выполняются из полимерных материалов) при ее размещении между фиксирующими гнездами одного металлоштакетного элемента. Ширина металлоштакетного элемента может составлять от 65 мм до 80 мм, а его толщина от 0.35 мм до 0.5 мм (оптимальные параметры способствующие повышению качества фиксации в данной конструкции профиля). На металлоштакетном элементе могут быть сформированы по меньшей мере, четыре продольных ребра жесткости. Вертикальные края металлоштакетного элемента (по меньшей мере край верхней полки фиксирующего гнезда) могут быть выполнены завальцованными. Завальцовка обеспечивает снижение вероятности повреждения панелей в процессе эксплуатации и монтажа, тем самым повышает надежность и длительность фиксации панелей. Профиль может иметь H1 и Н2 удовлетворяют условиям 2 мм ≤ H1 ≤ 10 мм и 2 мм ≤ Н2 ≤ 10 мм, a h удовлетворяет условию 0.3 мм ≤ h ≤ 5 мм (оптимальные параметры способствующие повышению качества фиксации в данной конструкции профиля).
Если толщина выбранной узкой панели из поликарбоната (например, из монолитного поликарбоната, имеющего очень высокий коэффициент температурного расширения), находится в заданном диапазоне толщин h, то соответственно заявленные металлоштакетные элементы на ограждении должны обеспечит длительную и жесткую упругую фиксацию по меньшей мере, одной такой панели с заданной толщиной. Профиль (металлоштакетный элемент) согласно полезной модели должен обеспечивать установку как минимум, одной панели с заданной (конкретной) толщиной h, например, только тонкой панели из поликарбоната толщиной 0.3 мм, входящей на глубину Н1=Н2=2 мм в пазы фиксирующего гнезда. Такая панель может иметь например, 1.5 м высоты, а 30 мм - ширину.
Металлоштакетный элемент, по сути, выполняет функцию упругого устройства, задачей которого не только обеспечить компенсацию изменения линейных размеров панелей поликарбонатных панелей с сохранением жесткой фиксации, связанных с колебанием температуры окружающей среды, но также создать надежную упругую фиксацию при различных упругих деформациях профиля (включая механические колебания) в условиях воздействия сильной снежной и ветровой нагрузки и даже утяжеления панели за счет образования слоя льда и налипшего снега. Тонколистовой металлический профиль из холоднокатаной стали с толщиной от 0.3 мм до 0.8 мм, как показывают испытания металлоштакетных ограждений, обладает необходимыми упругопластическими и геометрическими характеристиками, позволяющими сформировать гибкую систему взаимодействия панели с фиксирующем гнездом. Возможность фиксирования кромок вертикальных панелей на глубине не менее 2 мм в ближайших соседних фиксирующих гнездах (по сути это глубина определяется параметрами H1 и Н2 - глубинами вхождения соответствующих кромок (точнее выступов кромок) полимерной панели в фиксирующее гнездо) определяет возможность сохранения кромок панели (и соответственно жесткой фиксации панели) в штакетных профилях установленного ограждения (и устранения возможности их выхода из фиксирующего гнезда) в течение всего срока эксплуатации панели (минимум год) в ограждении. Даже при наличии различных нежелательных деформаций и смещений отдельных элементов профиля, вызванных в частности, сильными ветровыми и снежными нагрузками такая гибкая система обеспечит надежную и длительную фиксацию кромок панели, размещенной между в промежутке между соответствующими соседними штакетами ограждения.
Использование холоднокатаной стали является одним из необходимых условием для гарантированного получения качественного профиля, обеспечивающего необходимый технический результат. Листы из холоднокатаной стали обычно используются для изготовления изделий, где требуются жесткие допуски, соосность, прямолинейность и поверхности с покрытием. В частности, именно холоднокатаный стальной лист, используемый при изготовлении профиля обладает высокой точностью изготовления - что позволяет из него сформировать достаточно точные по форме фиксирующие гнезда с необходимыми параметрами, обеспечивающих упругую фиксацию кромок панели из поликарбоната (например, за счет формирования коротких и тонких нижних и верхних полок с заданными упругими свойствами, позволящими эффективно зафиксировать панель) и также обеспечить необходимую минимальную толщину листа в диапазоне от 0,3-0.35 мм. Такая сталь может быть эффективно использована при получении нужного профиля путем роликового профилирования.
В общем случае, в качестве исходного материала для штакетин используют либо листы из горячекатаной стали либо холоднокатаной. Однако использование листов из горячекатаных сталей (не подвергнутых дальнейшей обработки типа холодной прокатки), не гарантирует в общем случае максимально эффективной реализации полезной модели (или даже возможности формирования профиля с заданной толщиной). Например, получение из горячекатаной стали листов с минимальной толщиной 0,3-0.8 мм (для профиля) практически затруднительно и на практике толщина листов из горячекатаной стали больше 1,2 мм. Кроме того, из-за технических особенностей такой стали практически невозможно добиться равномерности толщины листового полотна из такой стали. В целом такая сталь, не обладает необходимыми свойствами для получения фиксирующих гнезд с требуемыми параметрами. Отметим, что листы из холоднокатаной стали (и соответственно штакеты из них) имеют ровную поверхность и гладкую на ощупь в отличие от листов из горячекатаной ткани с неровно поверхностью и шероховатой на ощупь.
Панель установленная между соседними металлоштакетными элементами при необходимости может легко перемещаться (усилиями одного человека), например частично смещаться для создания воздушного проема между соседними штакетинами (металлоштакетными элементами). Легкость смещения обусловлена оптимальным подбором параметров фиксирующего гнезда (толщины кромок, заданной глубины погружения кромок в фиксирующее гнездо), которые обеспечивают относительно невысокую силу трения при вертикальном смещении кромок относительно вертикального вытянутого фиксирующего гнезда. Выполнение фиксирующих гнезд только на одной стороне тонколистового штакетного элемента (лицевой или тыльной) с возможностью размещении указанной панели между двумя соседними металлоштакетными элементами в фиксирующих кромках являются необходимыми условиями для достижения технического результата. В противном случае фиксирующие гнезда, размещенные на разных сторонах, могут сделать практически невозможной эффективную фиксацию панели (которая будет размещена с перекосом) либо (в общем случае стандартного профиля штакетника) такой штакетник (с фиксирующими гнездами на разных сторонах) невозможно правильно закрепить на лагах. Металлоштакетные профили ограждения ориентированы одинаковым образом своими сторонами к лагу (например, у всех металлоштакетные элементов внешняя поверхность верхних полок обращены к лагу). Нижняя полка определяется как полка фиксирующего гнезда, которая расположена ближе к поверхности стороны профиля (на которой располагается фиксирующее гнездо), чем верхняя полка.
Рабочая ширина панелей из поликарбоната - HPR - определяется как ширина открытой части панели - (т.е. той части установленной в ограждении панели, которая не охвачена полками фиксирующего гнезда). Она совпадает с расстоянием между соседними штакетинами ограждениями (т.е. не более 15-22 см). Рабочая ширина панели HPR=HP-2HMAX (где НМАХ - выбирается как максимальная величина из H1 и Н2), HP - полная ширина устанавливаемой панели. Таким образом, HP максимальная панели (когда Н1=Н2=40=4 см и расстояние между штакетинами 22 см) равна 30 см. Такая панель считается узкой (ее высота (длина) может значительно превышать ее ширину). Максимально возможная практическая высота панели равна высоте штакетин и не превышает 2-2.5 метров (и обычно больше 50 см). Панели из поликарбоната могут быть в различном исполнении - как из сотового поликарбоната по (ГОСТ Р 56712-2015) - тонколистового (с толщиной до 12 мм) так и из тяжелого (плотного) монолитного (литого) поликарбоната, который выпускается в виде прямоугольных листов в диапазоне от 2 мм до 12 мм.
Верхним выступом кромки поликарбонатной панели установленной в фиксирующем гнезде считается крайняя часть кромки панели, примыкающая (или обращенная) к части поверхности верхней полки фиксирующего гнезда, и соответственно нижним выступом считается крайняя часть кромки, примыкающей (или обращенной) к части поверхности нижней полки фиксирующего гнезда.
Под штакетным ограждением в настоящей заявке подразумеваются вертикально ориентированные (отклонение от вертикального положения до 20-35 градусов - также считается вертикальным)) металлоштакетные элементы (профилированные планки из стали) ограждения, которые смонтированы на каркас из столбов и лаг (горизонтальных протяженных элементов - обычно металлических с прямоугольным сечением), причем соседние металлоштакетные элементы размещены на расстоянии не более 22 см друг от друга (во многих практических случаях примерно от 2 до 15 см).
Холоднокатаная сталь (листы по ГОСТ 19903-2015). Холоднокатаная сталь - это низкоуглеродистая сталь, производимая методом «холодной прокатки» и обрабатываемая при температуре, близкой к нормальной. Холоднокатаная сталь проходит через прокатку - процесс, когда металл проходит через валки при температуре, ниже температуры его рекристаллизации. Примером такой стали штакетника (например, по ГОСТу 14918-80) является сталь 08пс по ГОСТ 9045-93.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 Металлический профиль, установленный в металлоштакетном ограждении.
Фиг. 2 Схема нагрузок и смещений металлического профиля с панелью, функционирующего в условиях ветровых нагрузок и температурных перепадов.
Фиг. 3 Вариант конструкции металлического штакетного ограждения с полимерной панелью из поликарбоната (трехмерный вид).
Фиг. 4 Вариант конструкции металлоштакетного ограждения с полимерной панелью из поликарбоната и дополнительной гибкой панелью (трехмерный вид).
Фиг. 5 Пример одного из формообразующих переходов (с помощью пары профилирующих валков), используемого при формировании заданного профиля из штрипсы.
Фиг. 6 Поликарбонатная панель, размещенная между двумя металлоштакетными элементами ограждения (поперечный разрез).
Фиг. 7 Вариант металлического профиля ("плоский" профиль") в трехмерном виде.
Список позиций на фиг. 1-7.
1. Тонколистовой штакетный элемент (профиль).
2. Фиксирующее гнездо.
3. Нижняя полка фиксирующего гнезда.
4. Верхняя полка фиксирующего гнезда.
5. Край верхней полки фиксирующего гнезда.
6. Лаг ограждения.
7. Крепежное средство
8. Панельный элемент, выполненный в виде поликарбонатной панели.
9. Дополнительная гибкая панель.
10. Вариант конструкции металлоштакетного ограждения с двумя соседними металлоштакетными элемента с ближайшими друг к другу "сопряженными" фиксирующими гнездами 15 и 16.
11. Пример фиксирующего гнезда, которое (в отличии от гнезда 16 расположенного на той же металлической штакете), не является сопряженными к гнезду 15 для варианта конструкции 10.
12. Пара валков 12, используемых на первом гибочном переходе при начальном формировании металлоштакетного профиля в профилировочном оборудовании.
13. Промежуточная заготовка металлического профиля при первом гибочном переходе в профилировочном оборудовании.
14. Зазор между валками 12, через который проходит промежуточная заготовка для металлоштакетного профиля.
15. Фиксирующее гнездо на металлоштакетном профиле, сопряженное с фиксирующим гнездом 16 на соседнем металлоштакетном профиле.
16. Фиксирующее гнездо на металлоштакетном профиле, сопряженное с фиксирующим гнездом 15 на соседнем к нему металлоштакетном профиле.
17. Сторона штакетника, формирующая лицевую поверхность металлоштакетного профиля ограждения.
18. Сторона штакетника, формирующая тыльную поверхность металлоштакетного профиля ограждения.
19. Ребра жесткости металлоштакетного элемента ограждения (для случая плоского профиля).
20. Верхний выступ вертикальной кромки поликарбонатной панели 8.
21. Нижний выступ вертикальной кромки поликарбонатной панели 8.
Осуществление полезной модели
Конструктивные особенности заявленного металлоштакетного элемента следующие:
Тонколистовой металлоштакетный элемент (см. фиг. 1) (профиль) 1 выполнен таким образом, что имеет на одной стороне фиксирующие гнезда 2 с верхней 4 и нижней полками 3 по обоим вертикальных краям профиля 1. Верхняя и нижняя полки по существу формируют паз фиксирующего гнезда (например, верхняя полка 4 в области ее изгиба в сторону нижней полки формирует верхнюю часть задней стенки паза, а нижняя 3 формирует соответственно нижнюю часть задней стенки паза в фиксирующем гнезде с С-образной формой в поперечного сечении). Профиль 1 имеет две стороны - первую и вторые стороны 17 и 18 (соответственно лицевую поверхность и тыльную поверхность, т.е. обращенную к соответствующей поверхности лага 6). Гнезда 2 могут быть выполнены одинаковыми и размещены симметрично относительно продольной оси симметрии штакетника на одной из сторон металлоштакетного элемента (тыльной или лицевой). На фиг. 1 показано размещение гнезд 2 на тыльной стороне 18. Край верхней полки 5 фиксирующего гнезда выполнен завальцованным. Металлоштакетный профиль 1 при использовании его в металлоштакетном ограждении закрепляется на лаге 6 с помощью крепежных средств 7 (например, самореза). Крепежные средства в зависимости от ориентации профиля лага (или его формы) могут размещаться как по центру штакетного профиля (фиг. 1), так и ближе к краям штакетника (фиг. 3). Между вертикально установленными металлоштакетными элементами (профилями) штакетного ограждения имеются зазоры, между которыми устанавливаются панели и каждая панель устанавливается между соседними металлоштакетными профилями (см. фиг. 3,6). При этом "сопряженные" - т.е. ближайшие к друг другу фиксирующие гнезда 15 и 16 соответственно первого и второго (соседних) металлоштакетных элементов в штакетном ограждении выполнены так (ориентированы), что при установки панели 8 между двумя соседними металлоштакетными элементами панель 8 зафиксируется между ними при размещении вертикальных кромок панели в соответствующих фиксирующих гнездах соседних металлоштакетных профилей 15, 16, а именно в ближайших друг к другу фиксирующих гнездах профилей (см. фиг. 6). По существу, такая ориентация указанных фиксирующих гнезд означает, что открытые пазы (отверстия) ближайших гнезд соседних металлоштакетных элементов обращены друг к другу.
На фиг. 3 рассмотрен вариант конструкции металлоштакетного ограждения 10 с установленной панелью из поликарбоната 8 в трехмерном виде, а именно два соседних металлоштакетных элемента с ближайшими друг к другу "сопряженными" фиксирующими гнездами 15 и 16, закрепленными на двух параллельных лагах 6. Фиксирующее гнездо 11 в отличии от гнезда 16 расположенное на той же металлической штакете не является сопряженными к гнезду 15 на другой металлической штакете.
На фиг. 4 показана часть металлоштакетного ограждения с полимерной панелью из поликарбоната 8 и двумя дополнительными гибкими панелями 9, одна из которых показана в частично сдвинутом положении относительно одного из металлоштакетных элементов 1 для лучшего понимания способа фиксации панели. Фиксирующее гнезда металлоштакетного элемента выполнены так, что имеют возможность дополнительной фиксации боковых вертикальных кромок дополнительной гибкой панели 9 (выполняемой, например из гибкого полимерного материала) при ее размещении между фиксирующими гнездами одного металлоштакетного элемента. Возможность такой фиксации гибких панелей обусловлена таким вариантом С-образного исполнения фиксирующих гнезд, которое образует дополнительные пазы обращенные друг другу на одном металлоштакетном элементе, которые могут зафиксировать кромки дополнительной гибкой панели. Такие гибкие панели 9, помимо декоративной функции закрытия, например тыльной стороны металлоштакетного элемента, придают и дополнительную жесткость панели и частично защищают ее и от внешних воздействий, что также продлевает ресурс профиля и, в определенной степени, эффективность упругого закрепления панели из поликарбоната. Пример другого варианта профиля ("плоского") с несколькими ребрами жесткости 19, полученного методом роликового профилирования показан на фиг. 7.
На фиг. 2 показана схема нагрузок и смещений металлического профиля с панелью, позволяющего понять особенности поведения металлоштакетного элемента 1 в условиях ветровых нагрузок и температурных перепадов, а, b, с - смещение элементов профиля с фиксирующими гнездами при изменении нагрузок. Fw - пример силовой нагрузки - суммарные механические внешние воздействия на металлическую штакету и панель 8 (например сильного ветра и снежных воздушных потоков). Fs-силы связанные с процессами температурного расширения/сжатия поликарбонатной панели. Металлоштакетный элемент работает как упругое устройство, обеспечивая одновременно и компенсацию изменения линейных размеров панелей поликарбонатных панелей с сохранением жесткой фиксации, связанных с колебанием температуры окружающей среды, и ее надежную упругую фиксацию при различных упругих деформациях профиля (включая механические колебания) в условиях воздействия сильной снежной и ветровой нагрузки. Благодаря наличию тонкометаллических упругих нижней и верхних полок фиксирующего гнезда (толщиной от 0.3 до 0.8 мм и обеспечению ими заданных глубин погружения H1 и Н2 вертикальных кромок панели) сила упругого прижима для вертикальных кромок каждой поликарбонатной панели выбрана таким образом, что обеспечивается соответствующая упругая фиксация кромок панелей во всем диапазоне сезонных колебаний температуры (зима-лето) и в комбинации с снеговетровыми нагрузками. Например, панели надежно фиксируются между профилями при внешней температуре от -30°С до +50°С в сочетании с очень сильными ветровыми (до 25 м/с) или снеговетровыми нагрузками, типичными для средней полосы, а также при резких температурных суточных перепадов (10-20°) и одновременно при сильных снеговых и ветровых нагрузках на панель, в частности, плотного снежного ветра со скоростью до 25 м/с). Избыточная толщина металлоштакетного профиля (и соответственно избыточно жесткая фиксация кромок панелей) может привести к проблемам надежности упругой фиксации поликарбонатной панели (и даже возможному повреждению кромок панелей в процессе эксплуатации при больших ветровых нагрузках и даже при установке). Слишком тонкий профиль (меньше 0.3 мм) также не может обеспечить надежную фиксацию панели. Такой диапазон толщин (не более 0.8 мм) обеспечивает необходимые условия и для эффективного вертикального ручного смещения панели (т.е. оптимального уровня сдвиговых усилий рабочего при смещении панелей) в ходе эксплуатации или установки/демонтажа панелей.
Необходимым условием эффективной долгосрочной фиксации (и одновременно легкого регулирования положения относительно профиля) поликарбонатной панели 8 является выполнение профиля таким образом, что им обеспечивается размещение краев панели в определенном заданном диапазоне глубин погружения нижнего выступа вертикальной кромки 21 панели 8 (глубина Н2) и верхнего выступа вертикальной кромки 20 панели 8 (глубина H1) в паз фиксирующего приспособления (фиксирующего гнезда) (см. фиг. 1). Отметим, что кромки панели сотового поликарбоната внутри фиксирующего гнезда могут сильно деформироваться и тем самым может обеспечиваться их дополнительная ("усиленная") упругая фиксация. Для каждого конкретного варианта формы гнезда, штакетника (и особенностей его крепления к лагам) и толщины (веса) панели, указанная сила прижима может подбираться более точно только эмпирическим образом (точный теоретический расчет затруднителен).
Пример осуществления полезной модели
Для реализации процесса профилирования для формирования металлоштакетных элементов (профилей) с фиксирующими гнездами разработан вариант гибочно-прокатного станка со специальным роликовым формующим инструментом. Указанное профилегибочное оборудование работает методом холодной продольной прокатки: валки специально подобранной формы изгибают стальное полотно, образуя волны и ребра жесткости. Весь цикл формования выполняется за один заход и на одной машине. Сущность процесса профилирования состоит в последовательном изменении формы поперечного сечения штрипсы (исходной плоской металлической ленты) при прохождении ее через ряд вращающихся навстречу друг другу, последовательно установленных пар валков и/или роликов (протяжке листового металла через клеть с роликами). Гибка материала штрипсы выполняется в несколько переходов - вначале получают профилированную заготовку с радиусами больше заданных, а затем - профиль окончательной формы сечения с малыми относительными радиусами. Эта форма остается неизменной по всей длине листа. Таким образом, гибка ленты (листа) в требуемый профиль осуществляется в профилегибочном стане за одну операцию несколькими последовательно расположенными парами валков и/или роликов. Количество пар роликов (используемых на заключительных переходах) и их геометрической ориентация относительно друг и прокатываемой штрипсы определяют геометрические параметры фиксирующего гнезда.
2
На фиг. 5 показан пример - первый формообразующий переход с парой валков 12 используемых на первом гибочном переходе при начальном формировании профиля (с "промежуточной" формой профиля) с фиксирующими гнездами. Позиция 13 - это промежуточная заготовка металлического профиля при первом гибочном переходе в профилировочном оборудовании (условно "нулевой" переход - это просто плоская штрипса). Заготовка - штрипса проходит через зазор 14 между валками. Для окончательного формообразования фиксирующего гнезда разработаны специальные формы роликов (и валков) с требуемыми геометрическими параметрами и такой ориентацией относительно штрипсы, которая позволяет сформировать, например С-образный (гнутый) профиль фиксирующего гнезда (это профиль открытый - металлический профиль незамкнутого сечения). Сам профиль можно охарактеризовать как двухсторонний открытый С-образный профиль, который сформирован одинаковыми фиксирующими гнездами на каждом из двух его вертикальных краев (сторон). Вертикальные края профиля могут быть выполнены завальцованными (завальцованы края/край полок). При этом обеспечивается такая ориентация фиксирующих гнезд, при которой открытые части профиля каждого гнезда обращены в разные стороны, симметричны относительно друг друга с продольной осью симметрии проходящей по длине профиля) и расположены на одной стороне металлоштакетного элемента. Такая особенность выполнения профиля обеспечивает надежную установку панели между двумя соседними металлоштакетными элементами. Такой профиль обеспечивает сохранение качества полок фиксирующего гнезда (стабильности их формы), так и полимерного покрытия металлоштакетных элементов. В этом профиле каждое фиксирующее гнездо металлоштакетного элемента имеет С-образную форму в поперечном сечении. Профиль С-типа позволяет обеспечить снижение вероятности повреждения панелей при их установке и дополнительно улучшает качество вертикального регулирования положения панелей относительно штакетного профиля (в процессе эксплуатации ограждения). Все указанные факторы дополнительно способствуют обеспечению длительной (более года) жесткой двухсторонней фиксации краев панелей из поликарбоната. Для производства профиля может быть использовано модернизированное (с дополнительной клетью со специально формующими роликами) типовое профилегибочное оборудование для производства металлических профилей для штакетных ограждений методом холодного профилирования из оцинкованной стали с лакокрасочным декоративно-защитным покрытием по ГОСТ 30246-94. Уровень оцинковки предпочтительно составлял не менее 140 г/м.
Испытания профиля проводились на часто используемых вариантах металлоштакетных ограждений с тонкими металлическими профилями (например, плоском профиле, профилях М и П-типа), включающих в себя стойки, лаги, преимущественно вертикально ориентированные металлические штакеты (находящиеся на расстоянии не более 22 см (основной диапазон - примерно от 2 до 10 см)), имеющие профиль с выступающими фиксирующими гнездами (разных модификаций - в виде упруго смыкающейся вилки - т.е. со смыкающимися верхней и нижней полками (при установки кромки панели - полки раздвигаются)), Z, П- и С-образными профилями фиксирующих гнезд). В обоих случаях наружный слой штакетника мог иметь защитные полимерные покрытия. Штакетные ограждения были различной ширины, высоты (до 2-2.5 м). Металлический штакетник (профиль) выполнялся из тонкой рулонной холоднокатаной стали (толщиной от 0.3 мм до 0.8 мм), в частности с антикоррозионным покрытием (полимерное покрытие, оцинкованная сталь). В штакетниках, могла использоваться рулонная сталь, например по ГОСТ 14918-80 (СТАЛЬ ТОНКОЛИСТОВАЯ ОЦИНКОВАННАЯ С НЕПРЕРЫВНЫХ ЛИНИЙ), ГОСТ 52246-2004 толщиной до 1.5 мм. Рассматривались, например стандартные штакетники, полученные из оцинкованной стали с полимерным покрытием в рулонах и листах из стали 08пс, которая корректно ведет себя в зоне упругих деформаций, то есть так воспринимает типичную нагрузку на металлоштакетник, что после нее, либо не изменяется в своей форме, либо изменяется, но возвращается в прежнее состояние сразу после снятия нагрузки. Возможно и использование стали марки 08кп.
При тестировании использовались панели либо из более тяжелого монолитного (цельнолитого) поликарбоната, используемого для изготовления акустических экранов, панели типа поликарбоната LEXAN™, панели из многослойного поликарбоната, соответствующие ГОСТ Р 56712-2015 (Панели многослойные из поликарбоната. Технические условия. Дата стандарта 2016-05-01). Применялись панели шириной до 43 см из сотовых поликарбонатных листов разных производителей, в диапазоне удельного веса (который также называется в литературе и поверхностной плотностью) от 0.8 кг/м2 до 3,7 кг/м2, в частности, использовались из панели листов марки Юг-Ойл-Пласт Экопол 6. Тыльная сторона панелей определяется при установке как внешняя сторона, внешняя поверхность которой обращена при установке к вышеуказанной плоской стороне лага (и соответственно часть тыльной поверхности панель примыкает к ней, если панель установлена в рабочем положении). Для создания различных тестовых вариантов было изготовлено несколько сотен металлоштакетных элементов профилей (в основном методом профилирования - но проверялись и другие способы формирования профилей (например, листогибочные приспособления)) и панелей ограждения из поликарбоната шириной до 50 см. Основной диапазон для полной ширины панели составлял от 2 до 30 см. Испытания проводились в различных погодных условиях, включая холодные зимние условия с очень сильным ветром со снегом, включая случаи утяжеления панелей из-за налипшего снега и льда. Высокие динамические нагрузки на забор (особенно в сочетании с сильным снежным воздействием и штормовым ветром 20-25 м/с) вызывали большие силовые нагрузки на штакетные ограждения, в частности из-за хаотичности направлений ветра - и вдоль оси опор, но и поперек ограждения. При использовании заданных в настоящем изобретении оптимальных параметрах металлоштакетных элементов сохранялась жесткая фиксация панелей в течении длительного времени испытаний. Вероятность потери жесткой фиксации установленных панелей в течение года с момента установки панелей практическая нулевая (меньше 0.25% с учетом данных испытаний нескольких сотен металлоштакетных профилей с панельными элементами между ними в контрольных ограждениях). Упругопластические свойства полок фиксирующего гнезда тонкого металлического профиля из холоднокатаной стали (в частности холоднокатаной оцинкованной стали с полимерным покрытием) в штакетнике способствовали дополнительному повышению эффективной фиксации кромки в соответствующем пазе фиксирующего гнезда (сформированного внутренними поверхностями верхних и нижних полок). Панель надежно фиксировалась (в частности, за счет сил трения, упругих сил прижатия) по всей области сопряжения панели с профилем штакетника в течение года и более.
Дополнительно можно отметить следующее. Когда кромки поликарбонатной панели находятся в защищенном объеме от атмосферных воздействий объеме (пазе) фиксирующего гнезда и примыкают по всей своей длине к вертикально вытянутому фиксирующему гнезду, то такая конструкция соединения панели с профилем обеспечивает при внешних нагрузках на панель достаточно равномерные распределения механических напряжений в области сопряжения штакетника с панелью (снижение максимальных величин напряжений в конструкции способствует исключению преждевременного разрушения панелей). Таким образом, может снижаться вероятность образования дополнительных микротрещин в панели в зоне соединения, что ведет к снижению вероятности повреждения или разрушения панели. Благодаря жесткой и охватывающей фиксации фиксирующим гнездом кромок обеспечивается долговечная защита от внешних воздействий частей торцевых кромок панелей. Указанная совокупность признаков в предлагаемой конструкции металлоштакетного элемента позволяет избежать использования крепежных элементов и обеспечивает "распределенное" соединение панели с вертикально ориентированными металлическими штакетами ограждения с достаточно равномерным распределением напряжений в области крепления штакетника и полимерной панели. Это дополнительно способствует повышению долговечности соединения, а также обеспечивает возможность теплового расширения и перемещения материалов, относительно друг друга без больших деформаций и разрушения панелей. Отметим, что использование фиксирующих гнезд (являющимися и ребрами жесткости) увеличивает жесткость стандартных штакетников. Например, на модернизированном М-образном штакетнике обеспечивает увеличение количества ребер жесткости с 4 до 6 - что обеспечивает повышение его жесткости по сравнению со стандартным М-профилем (без фиксирующих гнезд).
Одно из основных назначений профиля - применение в ограждениях загородных домов и усадебных дачных хозяйств, например в ограждениях участков земли с плодово-ягодными культурами для защиты от ветров и осадков. Производство такого профиля - т.е. штакет с панельными фиксаторами (фиксирующими гнездами) может быть оперативно налажено в промышленном масштабе. Стоимость серийного изготовления штакет с панельными фиксаторами практически одинакова со стоимостью изготовления аналогичного серийного известного штакетника, однако штакеты по полезной модели обладают для потребителя расширенной функциональностью по сравнению с любыми существующими серийными современными профилями, используемых для штакетных ограждений.