Патент на изобретение №2202027
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ПРОФИЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ ИЗ ДЕРЕВА, СОСТАВНАЯ ДЕРЕВЯННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ИЗ ПРОФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к строительству, в частности к стойкам, настилам полов, стеновым перегородкам и балкам. Задачей изобретения является получение профильного изделия из древесины, позволяющего повысить устойчивость усилиям сдвига и ударным нагрузкам в составных деревянных конструкциях, а также повысить их грузоподъемность без применения дополнительного усиления. Указанная задача решается тем, что профильное удлиненное изделие из дерева имеет первую продольную грань с прямоугольными выступами, причем поверхности выступов параллельны продольному направлению удлиненного изделия, плоскую грань, причем первая и вторая группы поверхностей указанных выступов параллельны и перпендикулярны второй плоской грани. Вторая грань является продольной гранью, имеющей прямоугольные выступы, причем первая и вторая группы поверхностей выступов соответственно параллельны и перпендикулярны второй плоской грани. Составная деревянная конструкция содержит множество изделий. Способ изготовления составной деревянной конструкции заключается в том, что выступы одного изделия соединяются встык на клею с другим изделием. 4 с. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил. Настоящее изобретение относится к профильным изделиям из дерева и составным деревянным конструкциям на их основе для использования в строительстве преимущественно в качестве стоек, настила полов, стеновых перегородок и несущих балок, включая как структурированные, так и не структурированные стойки и балки, но не ограничиваясь ими. Изобретение касается также способа изготовления таких конструкций. Уменьшение площадей взрослого леса обусловливает растущую потребность со стороны лесной промышленности в альтернативных продуктах из дерева, обеспечивающих лучшее использование старой и перестойной древесины и позволяющих шире использовать деревья второго, третьего и последующих поколений. Усилия, направленные на решение названных потребностей, привели к созданию нескольких альтернативных изделий из дерева. В частности, в патенте США 4394409 описана составная деревянная конструкция, образованная из четырех удлиненных треугольных составляющих частей, изготовленных из дерева. Четыре части соединяют, формируя составную деревянную конструкцию, имеющую поперечное сечение в виде полого параллелограмма. В альтернативном варианте для повышения коэффициента использования материала каждая часть снабжается парой шпонок. В патенте США 5299400 описана составная деревянная конструкция, образованная четырьмя составляющими деревянными брусками, имеющими трехгранное поперечное сечение в виде прямого угла с третьей криволинейной стороной или прямоугольного треугольника. Составляющие части в виде деревянных брусков объединены в составную деревянную конструкцию так, что их прямые углы соответствуют углам прямоугольника, а полое внутреннее пространство заполняется бетоном или другим структурным заполнителем. Сходные примеры подобных альтернативных деревянных конструкций представлены в заменяющем патенте США 35327 и во французском патенте 962589. Другие попытки предложить улучшенные составные деревянные конструкции могут быть обнаружены во французском патенте 2512729. в патенте Германии 964637 и в документе ЕР 0029256. Наиболее близким аналогом профильного изделия из дерева по настоящему изобретению является изделие, описанное в патентном документе DE 2159397. Для облегчения сравнения известного и предлагаемого изделий на фиг. 1 и 2 приведена модификация известного изделия применительно к задаче изготовления составных деревянных балок. Известное профильное деревянное изделие 10 сформировано из деревянной заготовки 11 и имеет прямоугольные выступы 13, образующие первую продольную грань 20 (фиг. 2). Из фиг. 2 видно, что каждый из прямоугольных выступов 12а, 12b и 12с имеет первую поверхность 14 и вторую поверхность 18, которые пересекаются с образованием прямого угла 16 с ребром 15. Поверхности выступов параллельны продольному направлению изделия, причем первая и вторая группы поверхностей этих выступов соответственно параллельны и перпендикулярны второй плоской грани 22. В приведенном варианте выступы 12а, 12b и 12с имеют такие размеры и ориентацию, что каждый угол 16 расположен на воображаемой прямой линии 21. Профильное деревянное изделие 10 имеет также третью плоскую грань 26. При этом прямоугольные выступы первой грани 20 располагаются от второй грани 22 до третьей грани 26. Грани 22 и 26 пересекаются в области 24, формируя по существу прямой угол  . Первая грань 20 пересекается с плоской гранью 22 и плоской гранью 26, формируя прямые углы  и  соответственно.
Составная деревянная конструкция, описанная в документе DE 2159397, показана на фиг. 5 применительно к составной балке 52с. Составная балка содержит два профильных изделия 52а и 52b из дерева, соединенные (склеенные) друг с другом по своим поверхностям 52d и 52е выступов, выполненных на первых гранях указанных профильных изделий.
Известный способ изготовления составной деревянной конструкции соответственно включает в себя операцию склеивания друг с другом двух описанных профильных удлиненных изделий из дерева, причем выступы одного из профильных удлиненных изделий из дерева соединяют встык с согласованными с ними выступами другого профильного удлиненного изделия с образованием сочленения.
Наличие в известном профильном изделии из дерева только одной продольной грани с прямоугольными выступами, пригодной для образования сочленения с аналогичными профильными изделиями, обусловливает ограниченность поверхности сцепления и тем самым существенно ограничивает возможности формирования на основе известного изделия различных деревянных конструкций, пригодных для решения широкого класса строительных задач.
Составные деревянные конструкции, описанные в вышеупомянутых патентных документах, обеспечивают некоторое повышение уровня техники. Тем не менее продолжает существовать потребность в составных деревянных конструкциях, которые обеспечивают дополнительную устойчивость усилиям сдвига и ударным нагрузкам, собираются из профильных изделий из дерева, имеющих большую поверхность сцепления, и обладают более высокой грузоподъемностью без необходимости применения укрепляющего структурного материала, как это характерно для известных изделий. Соответственно задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке альтернативных профильных изделий из дерева для изготовления составных деревянных конструкций с целью удовлетворения упомянутых потребностей промышленности.
В соответствии с изобретением предлагается профильное удлиненное изделие из дерева, имеющее первую продольную грань с прямоугольными выступами, вторую плоскую грань и третью продольную грань, также имеющую прямоугольные выступы. Поверхности прямоугольных выступов как первой, так и третьей граней параллельны продольному направлению изделия. При этом первая и вторая группы поверхностей указанных выступов этих граней соответственно параллельны и перпендикулярны второй плоской грани, а прямоугольные выступы первой грани располагаются от второй плоской грани до третьей грани.
В предпочтительных вариантах выполнения профильного изделия по изобретению плоскости, проходящие через края прямоугольных выступов первой и третьей граней, не проходят через само изделие и образуют равные углы со второй плоской гранью. Прямоугольные выступы на гранях профильного изделия из дерева могут быть различных размеров. Однако в предпочтительных вариантах выполнения все эти выступы имеют одинаковые размеры. Соответственно, количества этих выступов на первой и третьей продольных гранях также одинаковы, причем они выбраны, по меньшей мере, равными трем.
Составная деревянная конструкция по изобретению содержит множество профильных удлиненных изделий из дерева, выполненных в соответствии с одним из описанных выше вариантов, и предпочтительно представляет собой удлиненную балку. Эта балка может быть, например, составлена из нескольких профильных изделий, у которых все прямоугольные выступы имеют одинаковые размеры.
В одном из альтернативных вариантов своего выполнения составная деревянная конструкция содержит четыре профильных изделия по настоящему изобретению, соединенные друг с другом по своим поверхностям выступов. В данной конструкции может быть дополнительно предусмотрено полое внутреннее пространство, ориентированное по ее длине. В этом полом внутреннем пространстве может быть зафиксирован материал, усиливающий несущую способность составной конструкции по изобретению.
Настоящее изобретение предусматривает также создание способа изготовления составной деревянной конструкции путем склеивания друг с другом, с образованием бруса, по меньшей мере, двух описанных профильных удлиненных изделий из дерева. Способ по изобретению характеризуется тем, что выступы одного из указанных профильных удлиненных изделий из дерева соединяют встык с согласованными с ними выступами другого профильного удлиненного деревянного изделия с образованием сочленения. При этом сочленение предпочтительно формируется только множеством указанных выступов, а изготовленная данным способом составная деревянная конструкция имеет прямоугольное поперечное сечение.
Предпочтительный вариант осуществления предлагаемого способа дополнительно предусматривает изготовление любого или каждого профильного удлиненного деревянного изделия, входящего в составную деревянную конструкцию, из бревна. В этом случае изготовление профильного удлиненного деревянного изделия включает в себя формирование первой продольной грани с прямоугольными выступами, поверхности которых параллельны продольному направлению указанного изделия, и второй плоской грани таким образом, чтобы поверхности, составляющие первую и вторую группы поверхностей выступов, были соответственно параллельны и перпендикулярны указанной второй плоской грани. Вторую плоскую поверхность (грань) располагают вдоль диаметра указанного бревна. При формировании согласно предлагаемому способу третьей грани обеспечивают, чтобы выступы на первой грани располагались от второй плоской грани до третьей грани, в непосредственной близости от исходной поверхности бревна. При этом третью грань ориентируют таким образом, что указанные первая, вторая и третья грани в поперечном сечении образуют треугольник.
В своем предпочтительном варианте способ по изобретению дополнительно включает в себя операцию сушки заготовок из дерева в печи перед преобразованием их в указанные профильные удлиненные изделия из дерева. Данная операция предназначена для удаления влаги из древесины. Еще одной дополнительной операцией может быть поперечная распиловка заготовок из дерева для получения заготовок длиной, по существу равной 1 м.
В том случае, когда подлежащая изготовлению составная деревянная конструкция имеет полое внутреннее пространство, способ по изобретению может включать также операцию введения в полое внутреннее пространство арматурного стержня.
Сущность настоящего изобретения, а также его особенности и преимущества будут лучше поняты из нижеследующего подробного описания в совокупности с прилагаемыми чертежами, на которых:фиг. 1 представляет собой вид в перспективе профильного изделия из дерева, имеющего две плоские и одну прямоугольную грани; фиг. 2 представляет собой поперечное сечение части профильного изделия из дерева, изображенного на фиг. 1; фиг. 3 представляет собой перспективное изображение профильного изделия из дерева по изобретению, имеющего одну плоскую и две прямоугольные грани; фиг. 4А представляет собой поперечное сечение части профильного изделия из дерева, изображенного на фиг. 3; фиг. 4В представляет собой поперечное сечение бревна и профильного изделия из дерева, выпиленного из него; фиг. 5 представляет собой вид в перспективе составной деревянной конструкции, включающей профильные изделия из дерева; фиг. 6 соответствует поперечному сечению другой составной деревянной конструкции, включающей профильные изделия из дерева; фиг. 7А представляет собой поперечное сечение еще одной составной деревянной конструкции; фиг. 7В представляет собой поперечное сечение другой составной деревянной конструкции; фиг. 8 – это перспективное изображение еще одной составной деревянной конструкции, включающей соединенные профильные изделия из дерева; фиг. 9 – это перспективное изображение поперечного сечения еще одного варианта составной деревянной конструкции; фиг. 10 представляет собой вид в перспективе составной деревянной конструкции, используемой совместно с досками; фиг. 11 соответствует поперечному сечению еще одного варианта составной деревянной конструкции согласно настоящему изобретению; и фиг. 12 представляет собой блок-схему способа изготовления составных деревянных конструкций из профильных изделий из дерева. На фиг. 3, 4А представлено профильное изделие 30 из дерева, сформированное из удлиненной деревянной заготовки 31 и имеющее прямоугольные выступы 37, параллельные продольному направлению изделия, на первой и третьей продольных гранях 33, 35. Вторая грань 42 является плоской. Каждый прямоугольный выступ 40, принадлежащий первой грани, образован поверхностями 34 и 38, которые пересекаются с образованием прямого угла 36. Третья грань 35 аналогично сформирована из прямоугольных выступов 44, образованных сторонами 46 и 50 с пересечением под прямым углом 48. Первая группа поверхностей прямоугольных выступов 40, образованная поверхностями 34 первой грани 33, и аналогичная ей первая группа поверхностей прямоугольных выступов 44, образованная поверхностями 50 третьей грани 35, параллельны второй плоской грани 42. Соответственно, вторые группы поверхностей 38, 46 указанных выступов 40, 44 этих граней 33, 35 перпендикулярны второй грани 42, т.е. образуют с ней прямые углы  и соответственно.
Все прямоугольные выступы 40, 44 в представленном варианте имеют одинаковые размеры. Соответственно, количества этих выступов на первой и третьей продольных гранях 33, 35 также одинаковы, причем количество выступов на каждой грани равно, по меньшей мере, трем. Выступы 40 первой грани 33 располагаются от второй плоской грани 42 до третьей грани 35. Более конкретно, это означает, что верхняя поверхность 41 верхнего выступа 40 первой грани 33 совпадает с верхней поверхностью 43 верхнего выступа 44 третьей грани 35. Соответственно, каждый последующий прямоугольный выступ 40 и каждый последующий прямоугольный выступ 44 все более смещены относительно средней линии изделия. Другими словами, продольные грани 33 и 35 выполнены так, чтобы расстояния  1, 3 и 5 от средней линии и расстояния 2, 4 и 6 от средней линии были возрастающими. В результате плоскости, проходящие через края 36, 48 прямоугольных выступов 40, 44 первой 33 и третьей 35 граней (показаны штрихпунктирной линией на фиг. 4а), не проходят через само изделие 30 и образуют равные углы со второй плоской гранью 42. Из фиг. 3 и особенно 4А видно, что первая 33, вторая 42 и третья 35 грани изделия 30 по изобретению в поперечном сечении образуют, по существу, треугольник. При этом степень приближения к треугольному поперечному сечению возрастает с увеличением количества выступов 37 на первой и третьей гранях.
Профильное изделие 30 из дерева на фиг. 3 и 4А может быть вырезано из бревна 55 (фиг. 4В), имеющего диаметр приблизительно 100 мм, которое было разделено на заготовки-сегменты длиной по 1 м. Каждый выступ продольных граней 33 п 35 имеет высоту и ширину 15 мм, так что плоская (вторая) грань 42 имеет поперечный размер приблизительно 90 мм. Вышеуказанные иллюстративные размеры даны для некоторых типичных профильных удлиненных изделий из дерева, соответствующих настоящему изобретению. Очевидно, что длина, высота и ширина таких изделий и размеры и число прямоугольных выступов будут различаться в зависимости от конкретных применений. Тип исходного деревянного материала и его размеры также могут варьироваться.
Профильное деревянное изделие, показанное на фиг. 3-4В, может использоваться для формирования множества составных деревянных конструкций, показанных, например, на фиг. 6-11.
В варианте по фиг. 6 профильное изделие по изобретению образовано из двух одинаковых профильных изделий 54а типа показанных на фиг. 1, 2, соединенных своими третьими плоскими гранями. К образованному таким образом изделию присоединены с обеих сторон своими первыми гранями профильные изделия 54b и 54d, аналогичные изделиям 54а. Все названные изделия размещены так, чтобы сформировать составную деревянную конструкцию 54е. К ней могут быть присоединены дополнительные составные конструкции (не показаны) для формирования составных деревянных конструкций большего размера.
На фиг. 7А показано прямоугольное поперечное сечение 60g составной деревянной конструкции 60е по изобретению, включающей четыре профильные изделия 60а, 60b, 60с и 60d из дерева. Эти изделия представляют собой удлиненные балки, которые имеют одинаковые общие размеры и прямоугольные выступы одинаковых размеров. Грани 60f с прямоугольными выступами на каждом из профильных изделий от 60а до 60d ориентированы так, что они находятся внутри составной деревянной конструкции 60е и примыкают к соответствующей прямоугольной грани соседних деревянных изделий, т.е. соединены друг с другом по своим поверхностям выступов. В результате формируется полое прямоугольное внутреннее пространство 60h, ориентированное по длине составной деревянной конструкции 60е.
На фиг. 7В показана составная деревянная конструкция 60е, имеющая арматурный стержень 60i, зафиксированный внутри полого внутреннего пространства 60h для обеспечения улучшенной несущей способности.
На фиг. 8 показана еще одна составная деревянная конструкция 62а по изобретению, имеющая прямоугольное сечение 62с и включающая профильные изделия 62b из дерева, каждое из которых имеет грани 62d и 62е с прямоугольными выступами.
На фиг. 9 приведена другая составная деревянная конструкция 64а, включающая два рассмотренных выше различных набора профильных изделий из дерева, а именно профильные изделия 64b и профильные изделия 64с.
На фиг. 10 представлена составная деревянная конструкция 66g, образованная с использованием составной деревянной конструкции 66b, зафиксированной между досками 66а и досками 66d. Доски или древесные плиты 66а и 66d соединены с гранями 66е и 66f составной деревянной конструкции 66b.
На фиг. 11 изображена составная деревянная конструкция 68а из профильных изделий 68b и 68с из дерева, развернутых на 180o относительно друг друга и соединенных по прямоугольным граням 68d. Как и в других составных деревянных конструкциях по изобретению, число прямоугольных выступов на любой грани профильных изделий 68b и 68с будет меняться в зависимости от конкретных применений. Из фиг. 12 видно, что к образовавшейся составной конструкции по поверхностям выступов могут быть дополнительно присоединены другие профильные изделия такой же или иной формы.
Фиг. 12 иллюстрирует способ производства профильных изделий из дерева и изготовленных из них составных деревянных конструкций. В типичном случае в качестве исходного материала используются бревна. На этапе 70 конусность лесоматериала уменьшают за счет отпиливания прикорневой части, имеющей увеличенный диаметр, после чего бревно распиливают в поперечном направлении на деревянные сегменты, длина которых может быть различной в зависимости от вида законченных изделий или полуфабрикатов. В одном предпочтительном варианте выполнения в результате распиловки получают деревянные заготовки-сегменты длиной 1 м, чтобы минимизировать изменение формы изделия во время сушки в печи на этапе 78. В зависимости от эффективности сушки и желаемого конечного результата могут применяться другие размеры сегментов по длине. Полученные на этапе 70 сегменты обрабатываются на этапе 71, соответствующем окорке и обрезке кромок, и на этапе 72, на котором сегменты подаются в шипорезную машину, после чего на этапе 73 производят их укладку. Затем на этапе 74 производится продольная распиловка сегментов на удлиненные деревянные заготовки. На этапе 75 производят предварительное продольное строгание, на этапе 76 на деревянные заготовки наносят клеящий состав, а на этапе 78 их подвергают сушке в печи. Альтернативно, может использоваться сырой пиломатериал, который на этапе 70 распиливают в поперечном направлении на деревянные сегменты, наносят на него клеящий состав на этапе 76 и сушат в печи на этапе 78.
Высушенные в печи на этапе 78 деревянные заготовки подают на этапе 84 на профильную распиловку для формирования профильных изделий из дерева с двумя прямоугольными гранями. Профильная распиловка обеспечивает согласно изобретению завершение формирования профильного удлиненного изделия из дерева согласно изобретению, т. е. формирование первой продольной грани с прямоугольными выступами, второй плоской грани, а также третьей грани с прямоугольными выступами. При этом выступы первой грани располагают в непосредственной близости от исходной поверхности бревна, а вторую плоскую грань располагают вдоль диаметра бревна. Как уже упоминалось при описании профильного изделия по изобретению со ссылкой на фиг. 4А, третью грань предпочтительно ориентируют таким образом, чтобы первая, вторая и третья грани изделия в поперечном сечении образовали треугольник.
Альтернативно, высушенные в печи деревянные заготовки на этапе 78 могут быть соединены шипами на этапе 80 и подвергнуты продольной резке на этапе 77 прежде, чем они подвергнутся профильному распиливанию на этапе 84. Можно также использовать на этапе 84 альтернативно высушенным в печи на этапе 78 деревянным частям готовые лесоматериалы, в типичном случае ламинированные или цельные древесные плиты, или деревянные части, которые выпиливают из цельной древесной плиты, имеющей обзор на одной или более граней.
Профильные изделия из дерева, произведенные на этапе 84, могут быть пакетированы и отправлены для последующего использования при изготовлении составных деревянных конструкций.
Альтернативно, профильные изделия из дерева могут затем подвергнуться обработке клеем на этапе 86. Обработка клеем включает применение связывающего материала на поверхностях прямоугольной грани каждого профильного изделия из дерева. Количество и выбор связывающего материала, применяемого на этапе 86 для профильных изделий из дерева, может меняться в зависимости от выбранного применения конечной составной деревянной конструкции. Предпочтительно, чтобы обработка клеем на этапе 86, включающая применение связывающего материала, проводилась для большинства или для всех поверхностей каждой прямоугольной грани профильного изделия из дерева. Профильные изделия из дерева также собираются на этапе 86 с соответствующими профильными изделиями из дерева для формирования составных деревянных конструкций, описанных выше. На этапе сборки выступы одного из профильных удлиненных изделий из дерева соединяют встык с согласованными с ними выступами другого профильного удлиненного деревянного изделия с образованием сочленения, как это показано на фиг. 7-11.
После сборки профильных изделий из дерева на этапе 86 образованные составные деревянные конструкции собирают с другими соответствующими деревянными изделиями или конструкциями и прессуют на этапе 90. Полученные на этапе 90 составные деревянные конструкции подвергают на этапе 92 обрезке кромок с обоих концов и продольному строганию на этапе 94 до получения желательных окончательных размеров, с получением полуфабрикатов или законченных составных деревянных конструкций. Перед проведением этапа 90 для составных деревянных конструкций, полученных на этапе 86, которые имеют внутреннее полое пространство (см. фиг. 7В), в это полое пространство на этапе 88 может быть введена арматура для обеспечения повышенной несущей способности и устойчивости к усилиям сдвига и ударным нагрузкам. На этапе 90 к граням составной деревянной конструкции могут быть также приклеены, с последующим прессованием, древесные плиты или доски.
Описанные профильные изделия из дерева, за счет наличия двух прямоугольных граней, обеспечивают существенное улучшение площади поверхности, на которую наносят связывающий материал. Наличие двух прямоугольных граней на каждом профильном изделии из дерева упрощает их сборку с соответствующими профильными изделиями при формировании широкого диапазона составных деревянных конструкций. Составные деревянные конструкции, сформированные из профильных изделий из дерева, обеспечивают существенные усовершенствования в отношении устойчивости к усилиям сдвига и к ударным нагрузкам, а также несущей способности. Далее, составные деревянные конструкции по изобретению позволяют избежать многих проблем, связанных с необходимостью усиления несущей способности. Кроме того, высокая устойчивость к усилиям сдвига и к ударным нагрузкам, которая достигается в составных деревянных конструкциях, позволяет использовать деревянные части из старого леса и перестойной древесины так же, как и из более молодой древесины, что обеспечивает гораздо более широкое применение древесных материалов в деревообрабатывающей промышленности. Составные деревянные конструкции хорошо подходят для создания пола, деревянной обшивки, поддерживающих балок, столбов, а также лестничных клеток и являются хорошими заменителями цельных деревянных частей в конструкциях домов и других строений. Возможность применения деревянных частей меньших размеров, обеспечиваемая применением профильных изделий из дерева, приводит также к сокращению количества древесных отходов.
Для специалиста в данной области должно быть очевидно, что число прямоугольных выступов на любой из двух соответствующих граней профильных изделий из дерева, будет меняться в зависимости от формируемой составной деревянной конструкции. Столь же очевидно, что расположение прямоугольных выступов любой грани по воображаемой прямой линии не является необходимым. Очевидно также, что размеры каждого прямоугольного выступа на одной грани необязательно должны быть одинаковыми. Очевидно далее, что наряду с арматурным стержнем любой подходящий укрепляющий материал может быть введен в качестве арматуры во внутреннее полое пространство составных деревянных конструкций на этапе их сборки.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на иллюстративные варианты выполнения, данное описание не должно рассматриваться как ограничивающее изобретение лишь приведенными примерами. Различные модификации представленных вариантов, так же как и другие варианты выполнения настоящего изобретения, будут очевидны квалифицированным специалистам после изучения данного описания. В связи с этим предусматривается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все подобные модификации и варианты, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения.
Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 23.08.2006
Извещение опубликовано: 20.12.2007 БИ: 35/2007
|
||||||||||||||||||||||||||
