Деталь профильная

Полезная модель относится к деталям профильным из древесины и используемым в строительных конструкциях, в частности к профильным деталям, имитирующим поверхность бревен.
Из уровня техники известен «блок-хаус», являющийся типом вагонки, выполненным в виде сегмента оцилиндрованного бревна, предназначенный для внешней и внутренней декоративной отделки помещений и зданий, представленный на фиг. 1 в патенте СА2188514. Его боковые поверхности сформированы по типу соединения паз и гребень. Недостатком данной детали является возможность попадания влаги в горизонтальные соединения между соседними деталями в покрытии, возведенном из данных деталей. Этот неблагоприятный эффект обусловлен тем, что верхняя боковая поверхность детали может иметь горизонтальный участок, находящийся между верхним продольным ребром внешней поверхности и внешней вертикальной стороной гребня. Попавшая в горизонтальное соединение влага застаивается у основания гребня, тем самым вызывает разбухание и гниение древесины. Также недостатком данной детали является малая прочность, более тонких, выступающих боковых участков при возможных внешних нагрузках, возникающих при транспортировке или монтаже детали. Этот неблагоприятный эффект обусловлен природным свойством древесины - колкостью (раскалываемостью) вдоль волокон и формой боковых поверхностей детали. Вертикальные стороны выступающих боковых участков, в своем основании, под прямым углом переходят в горизонтальные участки боковых поверхностей, образуя резкое изменение формы объекта, что приводит к локальному увеличению напряжений, что отрицательно сказывается на прочности выступающих боковых участков. Еще одним недостатком данной детали являются широкие боковые поверхности, обусловленные наличием трех участков, требуемых для формирования соединения паз-гребень, что в свою очередь приводит к большому расходованию сырья на единицу укрываемой площади (Патент СА2188514, дата публикации 24.04.1997).
Из уровня техники известна бревенчатая обшивка, патент US 4012876, представляющая собой профильные детали, имитирующие поверхность бревен с продольно выбранной четвертью на боковых поверхностях, и профильные детали, имитирующие вставку между соседними бревнами. В этом изобретении боковые поверхности имитирующей бревно детали имеют только 2 участка, тем самым уменьшают толщину детали и, как следствие, приводят к меньшему расходованию сырья на единицу укрываемой площади. Недостатком данной детали является большая вероятность попадания влаги в горизонтальные соединения в покрытии, возведенном из данных деталей по причине того, что имитирующая бревно деталь обращена выбранной четвертью кверху. Также недостатком данной детали, имитирующей поверхность бревна, является малая прочность, более тонких, выступающих боковых участков, ограниченных вертикальными участками боковых поверхностей и, соответствующими им, крайними участками внешней поверхности, при возможных внешних нагрузках, возникающих при транспортировке или монтаже детали. Этот неблагоприятный эффект обусловлен природным свойством древесины - колкостью (раскалываемостью) вдоль волокон и формой боковых поверхностей детали.
Вертикальные стороны выступающих боковых участков, в своем основании, под прямым углом переходят в горизонтальные участки боковых поверхностей, образуя резкое изменение формы объекта, что приводит к локальному увеличению напряжений, что отрицательно сказывается на прочности выступающих боковых участков (Патент US 4012876, дата публикации 22.03.1977).
Из уровня техники известно другое изобретение по патенту US 5423153, представляющее собой имитирующую бревно деталь с продольно выбранной четвертью на нижней боковой поверхности. В покрытии, возведенном из данных деталей, вертикальная сторона нижнего выступающего бокового участка каждой детали полностью накрывает собой стыковочный участок верхней боковой поверхности нижерасположенной такой же детали, тем самым обеспечивает влагонепроницаемое соединение между соседними деталями. Недостатком данного изобретения является малая прочность, более тонкого, нижнего выступающего бокового участка детали, ограниченного вертикальным участком боковой поверхности и нижней частью внешней поверхности, при возможных внешних нагрузках, возникающих при транспортировке или монтаже детали. Этот неблагоприятный эффект обусловлен природным свойством древесины - колкостью (раскалываемостью) вдоль волокон и формой нижней боковой поверхности детали. Вертикальная сторона нижнего выступающего бокового участка, в своем основании, под прямым углом переходит в горизонтальный участок нижней боковой поверхности, образуя резкое изменение формы объекта, что приводит к локальному увеличению напряжений, что отрицательно сказывается на прочности нижнего выступающего бокового участка. Следующим недостатком данной детали является то, что выступающий участок нижней боковой поверхности имеет некую ширину, тем самым ухудшает естественный вид имитации бревна. Также недостатком данной детали является не плотное прилегание к направляющим каждой детали в возведенном из них покрытии, что делает покрытие менее прочным и приводит к потребности в дополнительной рейке при монтаже нижней детали в покрытии (Патент US 5423153, дата публикации 13.06.1995).
Из уровня техники известен бревенчатый сайдинг, представленный на фиг. 3А в патенте СА2188514, согласно второму варианту исполнения, принятый за прототип (Патент СА2188514, дата публикации 24.04.1997).
Бревенчатый сайдинг представляет собой деталь профильную из древесины, имеющую внешнюю поверхность с обзорным участком выпуклой формы и противоположную ей плоскую или вогнутую внутреннюю поверхность, включающую в себя участки плоскости, верхнее продольное ребро внешней поверхности и нижнее продольное ребро внешней поверхности, верхнее продольное ребро внутренней поверхности и нижнее продольное ребро внутренней поверхности, верхнюю боковую поверхность, ограниченную верхним продольным ребром внешней поверхности и верхним продольным ребром внутренней поверхности, нижнюю боковую поверхность, ограниченную нижним продольным ребром внешней поверхности и нижним продольным ребром внутренней поверхности, верхний и нижний негоризонтальные стыковочные участки, причем верхний негоризонтальный стыковочный участок образован частью внешней поверхности, отходящий от верхнего продольного ребра внешней поверхности негоризонтально вниз, а нижний негоризонтальный стыковочный участок образован частью нижней боковой поверхности, отходящий от нижнего продольного ребра внешней поверхности негоризонтально вверх в сторону внутренней поверхности, три верхних участка зазора, принадлежащие верхней боковой поверхности, находящиеся от верхнего стыковочного участка до верхнего продольного ребра внутренней поверхности и, три нижних участка зазора, принадлежащие нижней боковой поверхности, находящиеся от нижнего стыковочного участка до нижнего продольного ребра внутренней поверхности.
В данном изобретении решены следующие основные задачи. В покрытии, возведенном из данных деталей, нижний негоризонтальный стыковочный участок каждой детали полностью закрывает верхний негоризонтальный стыковочный участок внешней поверхности нижерасположенной такой же детали, тем самым обеспечивает влагонепроницаемое соединение между соседними деталями.
Сформированные по патенту боковые поверхности позволяют скрыть все шляпки, крепящих деталь гвоздей в покрытии, возведенном из данных деталей, что обеспечивает более привлекательный внешний вид покрытия, а также не позволяют влаге просочится в отверстия, пробитые крепящими гвоздями.
Недостатком данного изобретения являются широкие боковые поверхности в связи с присутствием на них участков зазора, что приводит к большому расходованию сырья на единицу укрываемой площади.
Также недостатком данного изобретения является малая прочность нижних, менее тонких, выступающих боковых участков детали при возможных внешних нагрузках, возникающих при транспортировке или монтаже детали. Этот неблагоприятный эффект обусловлен природным свойством древесины - колкостью (раскалываемостью) вдоль волокон и формой нижней боковой поверхности детали. Стороны нижних, выступающих боковых участков, в своем основании, под углом переходят в горизонтальный участок зазора, образуя резкое изменение формы объекта, что приводит к локальному увеличению напряжений, что отрицательно сказывается на прочности нижних выступающих боковых участков.
Во всех существующих изобретениях, в силу большой ширины боковых поверхностей и востребуемой обществом выпуклости обзорного участка внешней поверхности деталей, имитирующих поверхность бревен, при производстве этих деталей, на единицу укрываемой площади расходуется большое количество сырья.
Также во всех существующих изобретениях стороны выступающих боковых участков деталей, резко переходят в другие участки боковых поверхностей, образуя резкое изменение формы объекта, что приводит к локальному увеличению напряжений, что отрицательно сказывается на прочности выступающих боковых участков деталей.
Задачей настоящей полезной модели является создание профильной детали из древесины, имитирующей обзорным участком внешней поверхности бревно, укрываемая площадь которой на единицу объема потраченного сырья больше чем у прототипа, нижний боковой выступающий участок которой обладает большей прочностью и выполненной так, что влагонепроницаемость стыков в покрытии, возведенном из данных деталей, сохраняется на уровне, достигнутом у прототипа.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в увеличении ширины изготавливаемой детали из заготовки такого же объема, как и требуемого для изготовления прототипа меньшей ширины и в увеличении прочности нижнего бокового выступающего участка.
Сущность заявленной полезной модели
Сущность заявленной детали профильной, в соответствии с первым вариантом исполнения по патенту № СА2188514, изготовленной из древесины, имеющей внешнюю поверхность с обзорным участком выпуклой формы и противоположную ей плоскую или вогнутую внутреннюю поверхность, включающую в себя участки плоскости, верхнее продольное ребро внешней поверхности и нижнее продольное ребро внешней поверхности, верхнее продольное ребро внутренней поверхности и нижнее продольное ребро внутренней поверхности, нижнюю боковую поверхность, ограниченную нижним продольным ребром внешней поверхности и нижним продольным ребром внутренней поверхности, а также верхний и нижний негоризонтальные стыковочные участки, заключается в том, что верхнее продольное ребро внешней поверхности совмещено с верхним продольным ребром внутренней поверхности путем пересечения внутренней поверхности с внешней поверхностью с образованием верхнего продольного ребра, общего для внутренней и внешней поверхностей, нижний негоризонтальный стыковочный участок переходит в вертикальный плоский участок внутренней поверхности с образованием нижнего продольного ребра внутренней поверхности, а отношение ширины детали профильной к толщине выбирают в диапазоне от 3/1 до 12/1.
В заявленной полезной модели «Деталь профильная» отсутствует верхняя боковая поверхность, а нижняя боковая поверхность меньшего размера, чем боковая поверхность прототипа, что дает возможность использовать для производства данной детали более тонкую заготовку.
На фиг. 1 для сравнения в верхней части рисунка показан профиль прототипа, вписанный в профиль требуемой заготовки, а в нижней части рисунка показан профиль заявленной детали, вписанный в профиль требуемой заготовки с такой же величиной выпуклости обзорного участка и с такими же размерами стыковочных участков.
На фиг. 2 показаны наложенные друг на друга профили требуемых заготовок для производства прототипа и заявленной детали равной площади, и обозначены переменными размеры их сторон.
Толщина профиля, требуемого для производства прототипа обозначена переменной b, а его ширина обозначена переменной а. Разница требуемых толщин обозначена переменной с. Разница требуемых ширин обозначена переменной у.
Выразив их площади через переменные и, приравняв их, получаем равенство
А*b=(а+у)*(b-с).
Путем преобразований получаем
у=а*с/(b-с),
функция у - есть выраженное через переменные увеличение ширины заготовки и соответственно увеличение ширины изготовленной детали.
Из получившейся формулы можем сделать вывод, что, использовав заготовки с профилем одинаковой площади, можем изготовить заявленную деталь большей ширины.
Также можем сделать вывод, что при увеличении переменной а и уменьшении переменной b величина функции растет. Технический результат, касающийся экономии древесины, проявляется тем в большей мере, чем больше отношение ширины к толщине требуемой заготовки для изготовления профиля изделия.
На фиг. 3 построены графики зависимости увеличения ширины от величины с. Для примера взято сечение заготовки шириной 12 см.
Под цифрой 1 показан график зависимости достигаемого технического результата от переменной с при использовании заготовки с соотношением сторон 2/1, то есть ширина 12 см, а толщина 6 см.
Под цифрой 2 показан график зависимости достигаемого технического результата от переменной с при использовании заготовки с соотношением сторон 3/1, то есть ширина 12 см, а толщина 4 см.
Под цифрой 3 показан график зависимости достигаемого технического результата от переменной с при использовании заготовки с соотношением сторон 4/1, то есть ширина 12 см, а толщина 3 см.
Под цифрой 4 показан график зависимости достигаемого технического результата от переменной с при использовании заготовки с соотношением сторон 5/1, то есть ширина 12 см, а толщина 2,4 см.
Под цифрой 5 показан график зависимости достигаемого технического результата от переменной с при использовании заготовки с соотношением сторон 6/1, то есть ширина 12 см, а толщина 2 см.
Полученные графики имеют форму прямых линий, находящихся под углом к оси абсцисс. Они наглядно подтверждают зависимость технического результата от величины с. Также, наглядно видно, что любой график, построенный при большем соотношении сторон, находится под большим углом к оси абсцисс, чем график, построенный при меньшем соотношении, что еще раз подтверждает выявленный из формулы факт о том, что чем больше отношение ширины к толщине требуемой заготовки для изготовления профиля изделия, тем технический результат, выражающийся в увеличении ширины детали, проявляется в большей мере.
В нашем случае, при величине с=2 мм, при использовании заготовки с соотношением сторон равном 3/1, то есть ширина 12 см, а толщина 4 см. технический результат составит 6,31 мм, а с соотношением сторон, равным 6/1, то есть ширина 12 см, а толщина 2 см - технический результат составит 13,3 мм.
На фиг. 4 представлены в натуральную величину получаемые профили заявленной детали. Для примера, ширина детали выбрана 10 см. Слева представлена деталь с соотношением сторон 3/1, в середине с соотношением сторон 6/1, а справа с соотношением сторон 12/1. Горизонтальные проекции ширин стыковочных участков каждой детали обозначены соответственно переменными d1, d2, и d3 и приняты, для наглядного анализа, одинаковыми по величине, в данном случае равняются 4 мм. Толщины же выступающих боковых участков обозначены переменными e1, е2, е3.
Учитывая факторы, выявленные выше, и осуществив детали в натуральную величину можно сделать вывод о нецелесообразности изготовления детали с соотношением сторон менее 3/1, так как достигаемый при изготовлении, технический результат, касающийся экономии древесины, относительно мал, а требования к величине выпуклости обзорного участка внешней поверхности достигаются и при больших соотношениях. А при соотношении сторон более 12/1 достигаемый при изготовлении, технический результат, касающийся экономии древесины, достигает максимума, но при этом не достигается, требуемая обществом, выпуклость обзорного участка внешней поверхности, имитирующая бревно.
Таким образом, для изготовления заявленных деталей более приемлем диапазон отношений ширины к толщине профиля от 3/1 до 12/1.
В заявленной полезной модели, при заявленных отношениях ширины к толщине, нижний стыковочный участок переходит в вертикальный плоский участок внутренней поверхности, образовав при этом нижнее продольное ребро внутренней поверхности, тем самым плавно изменяет форму объекта и не приводит к локальному увеличению напряжений что, в свою очередь, увеличивает прочность нижнего выступающего бокового участка.
Сформированные в натуральную величину с отношением сторон в диапазоне от 3/1 до 12/1 профили заявленной полезной модели, представленные на фиг. 4. наглядно показывают, что во втором, представленном в середине рисунка профиле детали, толщина нижнего выступающего бокового участка, обозначенная переменной е2, больше толщины нижнего выступающего бокового участка третьего профиля, обозначенного переменной е3, и меньше толщины нижнего выступающего бокового участка первого профиля, обозначенного переменной e1. В данном случае, e1=11 мм, е2=9 мм, е3=7 мм.
По мере увеличения соотношения сторон, в силу уменьшения выпуклости обзорного участка внешней поверхности детали, уменьшается толщина нижнего выступающего бокового участка, что отрицательно сказывается на его прочности.
Таким образом, технический результат, касающийся увеличения прочности нижнего выступающего бокового участка, проявляется во всем выбранном диапазоне соотношений сторон детали, но уменьшается, по мере приближения к верхней границе диапазона.
Установленный выше факт еще раз подтверждает нецелесообразность изготовления заявленной детали с большим соотношением сторон, выходящим за верхнюю границу выбранного диапазона.
Также, стоит отметить, что внутренняя поверхность детали может иметь углубления различной формы для обеспечения меньшего количества древесины внутри объема изготавливаемой детали, что, в свою очередь, ведет к уменьшению веса и меньшей вероятности возникновения трещин на поверхностях детали. Но, так как заявленная деталь, в силу своих отличительных признаков, является тоньше прототипа, данные углубления на внутренней поверхности могут отсутствовать.
Также стоит отметить, что верхний и нижний стыковочные участки могут иметь форму плоских или изогнутых поверхностей, повторяющих форму друг друга и расположенных под наклоном к внутренней поверхности, обеспечивая скатывание в сторону внешней поверхности, под действием естественной силы тяжести, влаги, попавшей внутрь покрытия, возведенного из данных деталей. Верхний негоризонтальный стыковочный участок может переходить в обзорный участок внешней поверхности под разными углами, образуя при этом в месте пересечения участок внешней поверхности плоской, выпуклой или вогнутой формы.
Также стоит отметить, что обзорный участок внешней поверхности в декоративных целях может иметь углубления различной формы, имитирующие природную неровность бревна, создающие вид искусственно состаренной древесины или представляющие собой рисунок или орнамент.
Также стоит отметить, что обзорный участок внешней поверхности в декоративных целях может иметь плоские участки, для имитации обтесанного или строганого бревна.
Также стоит отметить, что при монтаже покрытия из заявленных деталей могут использоваться любые элементы крепления для присоединения данных деталей к направляющим. Это могут быть гвозди, саморезы, специальные пластины, крепящиеся своей средней частью к внутренней поверхности заявленных деталей, а своими выступающими частями крепящиеся к направляющим, или любые другие элементы крепления.