Область техники

Группа изобретений относится к области строительства и может быть использована при изготовлении конструкций круглого поручня из дерева для балюстрад, перил лестниц, защитных ограждений, балетных хореографических станков, пристенных поручней, поручней для людей с ограниченными возможностями.

Предшествующий уровень техники

Известны элементы поворота круглого поручня из дерева, используемые для изготовления перил (http://www.bleskmet.ru/lastnews , см. Приложение 1). Элементы поворота представляют собой часть открытого тора, ограниченные двумя торцами в плоскостях, проходящих через ось тора и образующих между собой угол заданного размера. Элементы поворота выполнены с центральными сверловками под шкант. Дальнейшая стыковка таких элементов осуществляется шкантом на клей или саморезом с резьбой вместо шляпки. А для придания конструкции поручня, для которого элемент предназначен, завершенного вида и сокрытия зазоров используются стыковочные кольца. Использование таких элементов поворота в конструкции поручней не позволяет обеспечить достаточную надежность соединения, что особенно сказывается в общественных местах, так как в этом случае требуется значительный запас прочности.

Известен также элемент поворота круглого деревянного поручня, представляющий собой часть открытого тора, ограниченного двумя торцами в плоскостях, проходящих через ось тора и образующих между собой угол заданного размера, имеющий цилиндрические углубления в центре торцов и сквозное отверстие, направленное под углом к торцу (DE 102008063176 А1, 15.07.2010). Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа. Такое выполнение сквозного отверстия в элементе поворота существенно снижает жесткость конструкции поручня, в котором он используется, из-за того, что стягивание элементов происходит под углом к плоскости контакта. Сборные конструкции из прямых и поворотных элементов деревянного поручня составляют склеиванием, склеиванием с упрочнением шипами http://onsteps.ru/info/perila-dlya-lestnic-poruchni-i-balyas iny/, см.Приложение 2), а также соединением элементов при помощи резьбовых шпилек с дополнительным укреплением шкантами и клеем

(http://www.allhomes.ru/shkola-remonta/ 1503/, см. Приложение 3).

Использование деревянных шипов в сочетании с клеем позволяет соединить детали между собой, однако шипы не обеспечивают плотного прижима деталей друг к другу, что необходимо для надёжного соединения. Возможно использование специальных приспособлений для сжатия соединения на время схватывания клея, но такие приспособления, как правило не универсальные, требуют высокой квалификации. Соединения в такой конструкции в процессе эксплуатации удерживаются только клеем.

Использование шпилек позволяет стянуть детали между собой, а использование вместе со шпильками деревянных шипов усиливают клеевое соединение и помогает точно совместить детали между собой, однако предлагаемый вариант имеет технологический паз для доступа к шпильке (гайке), чтобы её затянуть. Закрыть паз так, чтобы это не бросалось в глаза на изделии из дерева сложно. На круглом поручне закрывающий лючок будет ещё заметнее, так как на круглом поручне вся поверхность лицевая. Доступ к крепежу во время монтажа осуществляется через паз и поэтому затруднителен. В настоящее время полностью деревянный круглый поручень с поворотами из дерева используется только для домашней обстановки.

Недостатками известных приемов соединения элементов деревянного поручня является невысокая надежность их соединения, необходимость шлифовки, шпаклевки, подкрашивания места соединения элементов.

Известен также круглый деревянный поручень (DE 102008063176 А1, 15.07.2010), состоящий из прямолинейных частей с пазами, к которым крепятся элементы поворота с цилиндрическими углублениями и сквозными отверстиями в центре торцов для изогнутой резьбовой шпильки, при этом оси отверстий смежных элементов расположены под углом друг к другу, а соединяющая элементы изогнутая резьбовая шпилька имеет изгиб 135-180°, изгиб расположен в месте соединения элементов. Изогнутые резьбовые шпильки связаны между собой посредством резьбовой муфты, а торцы элементов отцентрированы посредством буксы. Прямолинейная часть поручня, к которой крепится поворот из элементов, имеет паз, а первый и последний в повороте элементы заканчиваются соединительной металлической деталью с планкой для крепления к пазу прямолинейной части и внешним кольцом, несущим две функции: оно совмещает и удерживает относительно друг друга прямолинейную часть и собранный из элементов поворот и выполняет декоративную функцию - закрывает соединительную деталь. Такой вариант конструкции поручня отличается наличием непрерывной на протяжении всего поворота металлической крепёжной системой, это существенно увеличивает надёжность конструкции в процессе эксплуатации и этим выгодно отличается от предыдущих методов. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Благодаря форме элементов поворота и системе крепежа конструкция прототипа позволяет создать плавный изгиб поворота. Конструкция отчасти обладает универсальностью, позволяет создавать повороты различной формы. Однако данная возможность сильно ограниченна тем, что изгиб соединяющей шпильки находится в месте соединении деталей поворота, а, следовательно, поворот одной детали относительно другой ограничен упругостью шпильки. Практически возможно создать конструкцию поворота только в одну выбранную сторону и в одной плоскости с небольшим отклонением за счёт упругой деформации шпильки. Крепление поворота прототипа может осуществляться только к поручню с определённым пазом, что снижает универсальность конструкции. Деталь крепления поворота к прямолинейной части имеет сложную форму и следовательно, высокую стоимость. Задача создания полностью деревянного поручня в прототипе решена лишь частично. Полностью деревянный поворот крепиться к поручню с помощью соединительной детали, выступающей снаружи поручня в виде

100 металлического кольца и планки. Соединение поворота и прямолинейной части осуществляется в нижней части поручня, на самом краю поперечного сечения, т.е. в стороне от центральной оси изделия, что увеличивает нагрузку на элемент крепежа при приложении силы на поворот сверху вниз, а такое приложение силы является основным для поручня. Эта особенность

105 ограничивает сферу применения с точки зрения надёжности. Данная сборная конструкция сложна в сборке — крепление элементов друг к другу осуществляется при помощи специального ключа в глубине изгиба, к прямолинейной части поручня крепится уже собранная из элементов поворота конструкция поворота.

110

Раскрытие изобретения

Задачей и техническим результатом группы изобретений является повышение надежности конструкции, упрощение сборки, расширение возможностей формообразования конструкций поручня, повышение эстетических и

115 эргономических свойств за счёт отсутствия видимых металлических деталей.

Указанный технический результат достигается за счет того, что элемент поворота для использования в конструкции круглого деревянного поручня выполнен в виде части открытого тора, ограниченной двумя торцами в плоскостях, проходящих через ось тора и образующих между собой угол а не

120 более 90°, имеет сквозное отверстие, образованное двумя отверстиями, оси которых перпендикулярны к его торцам и пересекаются под углом 180°- а, и, при необходимости - цилиндрическое углубление в центре одного или обоих торцов, ось которого перпендикулярна торцу.

Заявляемый деревянный поручень содержит не менее одного элемента 125 поворота, не менее одной прямолинейной части поручня, при необходимости, окончание поручня, при необходимости, для образования поворота поручня— один или более прямых элементов со сквозным отверстием и цилиндрическими углублениями в центре торцов, и крепежную совмещающую систему, включающую в себя прямые и изогнутые резьбовые

130 шпильки, шайбы для совмещения элементов и установленные на них соединительные гайки, при этом элемент поворота выполнен в виде части открытого тора, ограниченной двумя торцами в плоскостях, проходящих через ось тора и образующих между собой угол а не более 90°, имеет сквозное отверстие, образованное двумя отверстиями, оси которых перпендикулярны к

135 его торцам и пересекаются под углом 180°- а, и, при необходимости - цилиндрическое углубление в центре одного или обоих торцов, ось которого перпендикулярна торцу, а толщина шайбы, установленной в месте совмещения элементов, образующих поворот поручня, составляет более одной, но менее двух величин глубины цилиндрических углублений, а

140 толщина шайбы, установленной в месте совмещения элемента поворота с прямолинейной частью поручня не превышает одной глубины цилиндрического углубления, причем в торце прямолинейной части поручня установлена резьбовая шпилька в виде винт-шуруп, а изогнутая резьбовая шпилька, размещенная в сквозном отверстии элемента поворота, являющимся

145 последним в повороте поручня и совмещаемом с прямолинейной часть поручня, выполнена укороченной. Выполнение элемента поворота круглого поручня с заявляемой совокупностью признаков и использование такого элемента поворота в деревянном поручне позволяет совместить ось крепежной системы на всех участках соединения элементов как между собой, так и на

150 участке соединения с прямолинейной частью поручня с центральной осью изделия, что снижает нагрузку на элементы крепежной совмещающей системы, а соответственно увеличивает надежность сборной конструкции. Такие элементы крепежной совмещающей системы как соединительные гайки и шпильки в виде винт-шуруп являются стандартными.

155 Толщина шайбы, установленной в месте совмещения элемента поворота с прямолинейной частью поручня, не должна превышать глубины цилиндрического углубления в элементе поворота, так как в торце прямолинейной части, в отличии от торцов элементов, нет углубления для шайбы. В данном случае относительно прямолинейной части поручня шайба 160 центрируется своим внутренним отверстием посредством шпильки винт- шуруп, установленной в прямолинейной части, а внешней поверхностью - цилиндрическим углублением в элементе поворота. Таким образом обеспечивается совмещение поверхностей прямолинейной части и элемента поворота.

165 Шайба для совмещения элементов, установленная в месте совмещения элементов, образующих поворот поручня - элементов поворота и прямых элементов, должна выступать из цилиндрического углубления в элементе, который она прижимает, однако величина выступающей части не должна превышать глубину цилиндрического углубления в элементе, который на неё

170 надевается. В этом случае совмещение торцевых поверхностей элементов обеспечивается за счёт совмещения цилиндрических углублений посредством внешней поверхности шайбы.

Изогнутая резьбовая шпилька отличается от прямой резьбовой шпильки изгибом на угол 180° - а, что обеспечит ее установку в элемент поворота.

175 Изогнутая резьбовая шпилька, размещенная в сквозном отверстии элемента поворота, являющегося последним в повороте поручня, выполнена укороченной по сравнению с остальными изогнутыми резьбовыми шпильками, если последний в повороте поручня элемент поворота совмещается с прямолинейной часть поручня, из торца которого выступает

180 шпилька винт-шуруп. Такое совмещение элемента поворота с прямолинейной частью поручня позволяет быстро и надежно завершить сборку поручня, придав ему заданную форму.

Для элементов поворота с углом а до 30° изгиб шпильки может быть сделан в виде угла. Для элементов поворота с углом а более 30° изгиб шпильки может 185 иметь форму дуги, при этом резьбовые части должны оставаться прямыми, а угол между осями резьбовых концов шпильки должен составлять 180° - а. Для установки резьбовой шпильки в виде винт-шуруп в центре торца прямолинейной части поручня может быть выполнено глухое отверстие, ось которого перпендикулярна торцу. 190 Процесс сборки еще более упрощается, если длина части с метрической резьбой шпильки винт-шуруп равна сумме толщины шайбы, установленной в месте совмещения элемента поворота с прямолинейной частью поручня, и половины длины соединительной гайки.

Надежность конструкции и точность совмещения деталей поручня увеличится 195 если подобрать внешний диаметр шайбы для совмещения элементов таким образом, чтобы обеспечить ее плотную посадку в цилиндрическое углубление.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами.

200 На Фиг.1 представлен элемент поворота, на Фиг.2 - рисунок, поясняющий определение максимально допустимого угла а, на Фиг.З - рисунок,

поясняющий определение минимально допустимого угла а, на Фиг.4 - поручень с двумя прямолинейными частями и элементами поворота, на Фиг.5 - поручень с двумя прямолинейными частями, элементами поворота и

205 прямым элементом поворота, на Фиг.6 - поручень с двумя прямолинейными частями и склеенными элементами поворота, на Фиг.7— поручень с двумя прямолинейными частями и двумя группами склеенных элементов поворота, совмещенных между собой крепежной совмещающей системой - двумя изогнутыми шпильками в виде дуги, шайбой и гайкой, на Фиг.8— поручень с

210 одной прямолинейной частью, элементами поворота и окончанием поручня.

Элемент поворота и конструкция круглого деревянного поручня с таким элементом содержат: 1 - элемент поворота, 2 - сквозное отверстие, 3 - цилиндрические углубления в торцах элементов, образующих поворот поручня, 4 - прямой элемент поворота поручня, 5 и 6 - прямолинейные части

215 поручня, 7 - глухое отверстие в торце прямолинейной части поручня, 8 - шпилька винт-шуруп, 9 - тонкая шайба для совмещения элементов, 10 - шайба для совмещения элементов, И - соединительная гайка, 12 - изогнутая резьбовая шпилька, 13 - прямые резьбовые шпильки, 14 - укороченная изогнутая резьбовая шпилька, 15 - окончание поручня. Лучший вариант осуществления изобретения

При помощи рисунков, представленных на Фиг.2 и Фиг.З, можно объяснить выбор максимально допустимого значения угла а для элемента поворота. Формы элемента поворота 1, представляющего собой часть открытого тора

225 зависит от значения угла а между плоскостями, проходящими через ось тора.

При этом значение максимального и минимального угла а различно для разных радиусов поворота R деревянного поручня. Например, на поручне маршей лестниц радиус поворота может составлять 100 мм, для винтовых лестниц R=700 мм и более, радиус поворота поручня для ограждения балкона в театре

230 или концертном зале может составлять несколько десятков метров. В последнем случае значение угла а будет приближаться к нулевым значениям, а элемент поворота внешне будет мало отличаться от прямого элемента. Для каждого радиуса поворота R есть максимально допустимое значение угла a, a есть минимально допустимое значение угла а.

235 Для определения максимально и минимально допустимых значений угла а воспользуемся следующими математическими формулами.

Максимальное значение угла а элемента поворота ограниченно требованием обеспечить достаточную толщину стенки элемента поворота в месте, где сквозное отверстие 2 ближе всего подходит к внешней поверхности элемента

240 поворота и можно определить по формуле:

Тогда

где R - радиус поворота, d - диаметр сквозного отверстия 2 в элементе 245 поворота 1, D - диаметр круглого поручня, δ - минимально допустимая толщина стенки элемента поворота в месте, где сквозное отверстие 2 ближе всего подходит к внешней поверхности элемента поворота. Фиг.2 поясняет определение максимально допустимого значения угла а. Минимальное значение угла а элемента поворота ограниченно 250 необходимостью разместить в элементе детали крепёжной системы и можно определить по формуле:

255 где R - радиус поворота, d - диаметр сквозного отверстия 2 в элементе поворота 1, hi - толщина тонкой шайбы 9, - длина соединительной гайки 11. Фиг.З поясняет определение минимально допустимого значения угла а. Подставив числовые значения в формулы можно просчитать интервал, в котором может находиться значение угла а при заданных углах поворота

260 поручня, различных диаметрах поручня и крепёжной системы.

Минимально допустимая толщина стенки δ элемента поворота 1 в месте где сквозное отверстие 2 ближе всего подходит к внешней поверхности элемента поворота 1 зависит от прочности материала (породы древесины). Для расчетов δ взято 3 и 5 мм. Диаметр сквозного отверстия 2 в элементе поворота 1 зависит

265 от размеров крепёжной совмещающей системы— габаритного диаметра соединительной гайки 11. Например, для гаек М8 достаточным будет отверстие d = 15 мм. Диаметр поручня возьмём равным наиболее часто применяемому в настоящее время диаметру поручня из нержавеющей стали - D = 50,8 мм, а также применяемым иногда диаметрам 40 и 60 мм. Толщину

270 тонкой шайбы 9 возьмём мм. Длина стандартной соединительной гайки

1ΐ2 равна трём диаметрам резьбы.

275 Таблица

Проведенные расчеты и практика применения элементов поворота в конструкциях поручня показали, что угол а между плоскостями, проходящими через ось тора, частью которого является элемент поворота, может достигать 90 градусов только при малом радиусе поворота поручня (строка 6 Таблицы). При этом значение радиуса приближается к минимально возможному, так как радиус поворота поручня не может быть меньше радиуса самого поручня. В то же время при больших значениях радиуса поворота минимальное ограничение диапазона угла а стремиться к нулю (строка 4 Таблицы).

Применение поручня с малым радиусом поворота не всегда возможно, а также может быть нецелесообразно с эстетической точки зрения, в то же время поворот поручня с углом а = 90° наиболее востребован на практике. Поворот с большим углом а можно собрать из нескольких элементов поворота, однако для упрощения монтажа конструкции удобнее соединить эти элементы заранее в промышленных условиях. Элементы поворота со сквозным отверстием, образованным встречным сверлением отверстий, оси которых перпендикулярны к его торцам и пересекаются под углом, равным углу 180° - а, склеиваются между собой таким образом, чтобы отверстие каждого элемента совместилось с отверстием смежного элемента. При условии, что обработка лицевой поверхности конструкции будет осуществляться после склейки, но в промышленных условиях, точное совмещение отверстий не требуется. В этом случае для совмещения элементов не используются шайбы для совмещения, а следовательно, на склеиваемых торцах элементов можно не 300 делать цилиндрические углубления. На двух свободных торцах склеенной группы элементов поворота цилиндрические углубления необходимы. Полученная конструкция используется также как и одиночный элемент поворота, крепиться одной шпилькой, однако шпилька должна иметь форму дуги, т.к. сквозное отверстие будет иметь форму ломанной, приближенной к 305 дуге.

Таким образом, поворот поручня может содержать элементы поворота, прямые элементы, а также склеенные группы элементов поворота в различных сочетаниях, при этом с точки зрения монтажа конструкции склеенная группа элементов поворота не отличается от единичного элемента поворота. Далее в 310 описании по сборке поручня всё, что относится к элементу поворота поручня также относится и к склеенной группе элементов поворота.

Сборка поручня осуществляется следующим образом.

Прямолинейные части 5 и 6 круглого поручня из дерева нарезаются на необходимую длину. Рез прямолинейной части осуществляется под прямым

315 углом к оси поручня. На торцах прямолинейных частей 5 и 6 по центру вдоль оси поручня сверлятся глухие отверстия 7. В отверстия 7 прямолинейных частей 5 и 6 вкручиваются шпильки винт-шуруп 8. На вкрученные шпильки 8 надеваются шайбы 9 и притягиваются соединительными гайками 11.

Прямолинейная часть поручня 5 крепиться на опоры или ложементы в

320 соответствии с проектом. В свободный конец соединительной гайки 11 на прямолинейной части 5 вкручивается резьбовая шпилька. Подбор шпильки осуществляется следующим способом: для элемента поворота, являющегося последним или единственным в повороте и совмещаемом с прямолинейной частью поручня 6 применяется укороченная изогнутая резьбовая шпилька 14,

325 для элемента поворота, не являющегося последним, применяется изогнутая резьбовая шпилька 12, для прямого элемента поворота 4 применяется прямая резьбовая шпилька 13. Шпилька закручивается до упора, а затем отворачивается на угол от 0° до 360° таким образом, чтобы шпилька приняла направление, запланированное для поворота поручня. 330 На шпилысу 12, 13 или 14 надевается элемент поворота 1 или прямой элемент 4.

Если элемент поворота 1 не является последним, с противоположного конца отверстия 2 элемента поворота 1 будет выступать конец шпильки 12. С противоположного конца отверстия 2 прямого элемента поворота поручня 4

335 всегда будет выступать конец шпильки 13.

На выступающий конец шпильки 12 или 13 надевается центрирующая шайба 10, которая частично заходит в цилиндрическое углубление 3 в элементах 1 или 4. Шайба 10 притягивается соединительной гайкой 11. Перед окончательной затяжкой гайки 11 необходимо обеспечить требуемое

340 направление притягиваемому элементу.

В свободный конец соединительной гайки 11 вкручивается резьбовая шпилька 12, 13, или 14, соответствующая следующему присоединяемому элементу. Далее операции повторяются необходимое количество раз.

Крепление последнего элемента поворота 1 осуществляется следующим

345 образом.

Укороченная резьбовая шпилька 14, на которую надет последний элемент поворота 1 не выступает из отверстия 2. Прямолинейная часть поручня 6 подводится к элементу поворота 1 таким образом, чтобы совместить гайку 11 и шпильку 14, после чего гайка 11 вместе с прямолинейной частью поручня 6

350 накручивается на шпильку 14. По мере закручивания шайба 9 заходит в цилиндрическое углубление 3, обеспечивая совмещение элементов поворота 1 и прямолинейной части поручня 6. При правильном выборе длины изогнутых шпилек 14 прямолинейная часть поручня 6 должна плотно прижаться к элементу поворота 1. После чего прямолинейная часть поручня 6 крепиться на

355 опоры или ложементы в соответствии с проектом.

Промышленная применимость

Деревянный поручень заявленной конструкции с использованием заявленных элементов поворота надежен в использовании, прост в сборе и изготовлении, 360 эстетичен, что обеспечивается возможностью четкого совмещения всех элементов и частей поручня, отсутствием внешних дополнительных элементов для крепления элементов поворота к прямолинейным частям и для сокрытия мест соединения элементов поворота поручня. Группа изобретений позволяет из готовых элементов собрать различные конфигурации поручней в 365 зависимости от технического задания и особенностей объекта. Если в прототипе сборка осуществляется при помощи специального ключа в глубине изгиба, то в предлагаемой конструкции элементы стягиваются гайкой снаружи изгиба обычным ключом.

370

375

385

395

400