PL230614B1 - Polaczenie plyt drewnianych, drewnopodobnych i kompozytowych przy uzyciu lacznika wzmacniajacego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest połączenie płyt drewnianych, drewnopodobnych i kompozytowych przy użyciu łącznika wzmacniającego, zwłaszcza dla budownictwa i przemysłu meblowego, w tym dla mebli domowych, warsztatowych i ogrodowych. Przedmiot wynalazku nadaje się także do łączenia płyt i blatów o dużej grubości.

Większość systemów stosowanych przy montażu płyt drewnianych, drewnopodobnych i kompozytowych, zazwyczaj będących częściami mebli domowych, ogrodowych, warsztatowych i innych polega na łączeniu pod kątem prostym segmentów (desek, płyt, paneli), każdorazowo wymagającym montażu poszczególnych ścian z wykorzystaniem złącz pośrednich lub bezpośrednich w odmianach zarówno rozłącznych, jak i nierozłącznych.

Do mechanicznego łączenia długich oraz krótkich boków płyt wchodzących w skład modułu meblowego lub mebla w kierunku pionowym i poziomym mogą być stosowane różne metody. Jedną z najczęściej stosowanych metod jest metoda kąta prostego. Długie boki są kojarzone ze sobą pod kątem prostym.

Istnieją znane metody realizacji wymienionych połączeń, z których najpopularniejszą formą jest połączenie kształtowe („na pióro”) o różnym zarysie, np. prostokątnym, „jaskółczy ogon”, trapezowym, stopniowanym. Połączenie takie realizowane jest poprzez wsuwanie profili negatywowych z pozytywowymi (wrębów i zrębów).

Dodatkowo istnieją profile wykorzystujące kształty, które umożliwiają zatrzaskiwanie ich, co jest oznaką prawidłowej realizacji połączenia, jak jest to przedstawione w opisie patentowym nr PL 191752 B1. Takie połączenie zatrzaskowe jest skomplikowane z punktu widzenia dokładności wykonania niezbędnej do prawidłowej realizacji oraz wymaga użycia dodatkowych narzędzi, np. młotka i pobijaka z miękkiego materiału minimalizującego możliwość uszkodzenia powierzchni ozdobnej płyt meblowych. Jest to wymuszone przez konieczność pokonania tarcia pomiędzy długimi krawędziami i zginania kształtu wchodzącego w skład zatrzasku podczas czynności zatrzaskiwania. Materiały na bazie drewna są na ogół trudne do zginania. W istniejących rozwiązaniach możliwe jest wystąpienie pęknięć w elementach łączonych podczas zatrzaskiwania, a element blokujący musi być stosunkowo delikatny i o niewielkich rozmiarach, w kierunku pionowym, w celu umożliwienia zatrzaskiwania. Dodatkowo, połączenia takie mają tendencję do luzowania, zwłaszcza w przypadku zmian wilgotności powietrza, warunków atmosferycznych w jakich jest użytkowany mebel. Ich funkcjonalność jest, w zależności od użytego materiału, skorelowana ze strefą klimatyczną, w jakiej mebel był wykonany i później użytkowany. W przypadku produkcji mebli drewnianych w umiarkowanych strefach klimatycznych łączniki wyżej wymienione prawidłowo realizują połączenie, jeśli warunki atmosferyczne otoczenia są zbliżone do warunków montażu. Transport mebla wykorzystującego takie połączenia do innych stref klimatycznych (zwłaszcza stref o niskiej wilgotności oraz wysokich temperaturach) naraża go na powstawanie niekorzystnych dla konstrukcji luzów powodowanych przez nadmierne wysychanie lub częste zmiany wilgotności (na przykład w strefach równikowych).

Ze względu na problemy z dokładnym spasowaniem łączonych kształtowo („na pióro”) elementów, połączenie kształtowe często połączone jest jednocześnie z klejeniem poprzez użycie kleju montażowego w postaci płynnej lub półpłynnej podawanego bezpośrednio na powierzchnie klejone z zewnętrznego zasobnika w postaci butelki, tuby, zasobnika pistoletowego lub podajnika kleju termicznego. Wiąże się to jednak z ryzykiem trwałego zabrudzenia, zmatowienia lub innego zniszczenia powierzchni ozdobnej mebli.

Kształtowe połączenia za pomocą wyfrezowanego rowka i pióra bez dodatkowych łączników lub elementów pośredniczących (zawarte w opisach patentowych nr DE 20008708, EP 1350904, PL 219135 B1) lub z wprowadzeniem dodatkowego elementu łączącego (jak w opisach patentowych nr PL/EP 1978179, US 4457249, US 7721503 B2, US 8707650 B2, US 8844236 B2) znane jest w szczególności w odniesieniu do paneli podłogowych i płyt budowlanych.

Cechą wspólną tych rozwiązań jest łączenie wzdłużnych krawędzi płyt za pomocą wyfrezowanego rowka i pióra w układzie szeregowym. Łączenie na kierunku poziomym odbywa się przez zaryglowanie przy niewielkim nacisku. Występ ryglowany na rowku ryglującym blokuje się dzięki odpowiedniemu, np. haczykowatemu, ukształtowaniu krawędzi.

W znanych systemach, w przypadku gdy nie jest wprowadzony dodatkowy łącznik, istnieje ryzyko rozłączenia się z czasem elementów lub przesunięcia zmontowanych elementów względem siebie. Problem ten rozwiązuje wprowadzenie dodatkowych łączników. Dla przykładu, łączenie elementów może

PL 230 614 B1 się odbywać przez wprowadzenie elementu sprężystego jak wkładka z tworzywa sztucznego działającego na kierunku pionowym (jak w opisie patentowym nr PL/EP 1978179). Jednakże wprowadzenie dodatkowych łączników wydłuża czas montażu i komplikuje go. Z kolei łączniki klejone na powierzchniach płaskich są kłopotliwe w montażu - mogą powodować niepożądane zabrudzenie elementów łączących. Powszechnie znanym jest również stosowanie w tego typu połączeniach dodatkowych elementów pośrednich. Mogą one przybierać formę listew metalowych, połączeń plastikowych, kołków drewnianych lub plastikowych połączeń gwintowych. Przykładowo, taki układ zatrzaskowy może posiadać oddzielne taśmy z tworzywa sztucznego jako elementy pośrednie, zintegrowane z panelem lub płytą i ze sprężystymi częściami. Taki układ blokujący może być zatrzaśnięty z mniejszym oporem niż tradycyjne jednoczęściowe systemy zatrzaskowe. Ma on jednak kilka wad. Profil z tworzywa sztucznego jest stosowany do zastąpienia zarówno wrębu, jak i zrębu w płytach składowych lub listwy z elementem blokującym. Rowki kształtowe do mocowania elementu pośredniego z tworzywa sztucznego są trudne do wykonania, ponieważ muszą one zawierać dodatkowe elementy blokujące lub dodatkowe łączniki pośrednie, takie jak kołki, wkręty. Dodatkowo, trudno jest dokonać ustalenia taśmy z tworzywa sztucznego na całej długości łączonej krawędzi płyty.

Wśród pośrednich metod łączenia mebli najpopularniejszym sposobem jest łączenie za pomocą kołków (często w połączeniu z klejeniem). Jest to jednak rodzaj połączenia pośredniego, gdzie elementem dodatkowym jest jeden lub więcej kołków drewnianych, plastikowych lub żywicznych. Z opisu patentowego PL 164087 B1 znany jest zestaw elementów konstrukcyjnych do budowy mebli składający się z elementów o przekroju kwadratowym, cylindrycznym i płaskich. Połączenie realizowane jest przez otwory w elementach płaskich, do których wciskane są elementy cylindryczne z krzyżowymi nacięciami na zaokrąglonych końcach. Połączenia meblarskie występują w odmianach kojarzonych z połączeniami śrubowymi, gdzie połączenie gwintowe spełnia rolę stabilizującą i dociskającą poszczególne części składowe mebla lub modułu meblowego do siebie (jak w opisach patentowych nr PL 191752 B1, US 8631620 B2).

Z opisu patentowego PL 181708 B1 znane jest rozwiązanie konstrukcyjne w postaci zamka do mebli, na które składa się obudowa, zasuwka, element nastawczy zasuwki przestawny w obudowie wzdłuż osi nastawczej, suwak zastawkowy przylegający przestawnie do elementu nastawczego wzdłuż osi prostopadłej do osi nastawczej oraz trzpień stanowiący łożysko do klucza z brodą zamykającą, przy czym element nastawczy i suwak zastawkowy posiadają wcięcia nastawcze oraz ograniczniki ruchu zasuwki, znamienne tym, że wycięcie nastawcze suwaka zastawkowego posiada zarys owalu, zaś trzpień jest usytuowany w obszarze wycięć nastawczych, natomiast ograniczniki ruchu zasuwki mają postać występów i wgłębień i są ukształtowane odpowiednio na zwróconych do siebie powierzchniach elementu nastawczego i suwaka zastawkowego, zaś broda zamykająca klucza jest w styku z brzegiem wycięcia nastawczego suwaka zastawkowego. Rozwiązanie to zawiera elementy wytwarzane w prostszy sposób, zablokowanie elementu nastawczego jest możliwe przy użyciu prostszych środków (bez sprężyny - zamiast niej sprężysty zderzak zatrzaskowy - i części odlewanych ciśnieniowo jak w rozwiązaniu DE 29 46 452 A1), co pozwala zmniejszyć nakłady na montaż.

Z opisu patentowego PL 174261 znane jest złącze konstrukcyjne, zwłaszcza do mebli składające się z elementu przestrzennego (kostki) z gniazdami usytuowanymi we wszystkich jego ściankach oraz z przynajmniej jednej głowicy, której gwintowany trzpień zaopatrzony jest w wyprofilowane, z zamocowanymi zawiasowo do wszystkich jego ścian, zaczepami i sprężynami rozpierającymi oraz przeciwnakrętkę, pierścień obrotowy i stożkową tuleję, usytuowaną pomiędzy wyprofilowaniem a przeciwnakrętką. Element przestrzenny rozwiązania posiada kształt sześcianu o ściętych krawędziach, a wyprofilowanie ma kształt ośmiobocznego ściętego ostrosłupa.

Znany jest sposób łączenia elementów meblowych poprzez meblowe węzły konstrukcyjne składające się z kilku elementów w postaci stałych łączników, takich jak trzpienie walcowe ze szczelinami osiowymi, na których są osadzone łączniki rurowe zaopatrzone we wkręty, czy też łączniki w kształcie litery „C” z odpowiednimi ścięciami (jak w rozwiązaniu nr PL 174981 B1). Zastosowanie tego typu łączników zapewnia dobrą stabilność i sztywność konstrukcji, jednakże wiąże się z wprowadzeniem dodatkowych operacji technologicznych w procesie produkcji płyt (konieczne jest wykonanie dodatkowych ścięć, szczelin, nacięć, otworów). W połączeniach kombinowanych, gdzie występuje łącznik gwintowy występuje tendencja do luzowania się połączenia w czasie procesu użytkowania mebli.

Wszystkie wskazane wady wyeliminowane zostały w rozwiązaniu według wynalazku.

Istotą wynalazku jest połączenie płyt drewnianych, drewnopodobnych i kompozytowych przy użyciu łącznika wzmacniającego, zawierające połączenie kształtowe za pomocą zrębu i wrębu oraz łącznik

PL 230 614 B1 wzmacniający charakteryzujące się tym, że płyta pierwsza przeznaczona do połączenia z płytą drugą posiada co najmniej jeden co najmniej dwuelementowy zrąb na jednej z krawędzi płyty pierwszej. Płyta druga posiada odpowiadającą ilość odpowiadających mu kształtem wrębów. Pomiędzy elementami zrębu i elementami wrębu znajduje się nieprzelotowy otwór o płaskim dnie i głębokości nie większej niż długość łącznika wzmacniającego. Jego średnica jest zgodna ze średnicą łącznika wzmacniającego. Łącznik wzmacniający składa się z tulei zewnętrznej oraz wprowadzonego w nią z jednej strony trzpienia oraz wprowadzonej z drugiej strony tulei zamykającej zakończonej z jednej strony kołnierzem, która to tuleja zamykająca posiada na bocznej powierzchni czopy rozporowe. Trzpień ma kształt stożkowy o kącie zawierającym się pomiędzy 25 a 35° oraz występ dookolny. Tuleja zewnętrzna posiada odpowiadające czopom rozporowym wycięcia.

Korzystnie, trzpień jest dwustopniowy.

Elementy trzpienia mogą być połączone membraną o grubości nie większej niż 0,1 mm.

Optymalnie, pomiędzy połączeniem kształtowym a łącznikiem wzmacniającym znajduje się substancja klejąca.

Główną zaletą przedmiotu wynalazku jest zmniejszenie wrażliwości klasycznych połączeń na zmiany wilgotności i temperatury, w jakich mebel jest użytkowany. Cecha ta jest kluczowa ze względu na zachowanie odpowiedniej jakości połączenia bez względu na strefę klimatyczną, do jakiej dany produkt meblarski trafi docelowo. Dodatkowo, wprowadzenie łącznika będącego przedmiotem wynalazku powoduje wzmocnienie połączenia (zwiększenie siły rozłączenia połączenia w stosunku do rozwiązań nie wykorzystujących dodatkowego łącznika będącego przedmiotem wynalazku). Łącznik wzmacniający nie wpływa negatywnie na czas montażu mebla. Jego konstrukcja w przypadku łącznika wykonanego w technologiach generatywnych (druk 3D) jest pozbawiona możliwości pomyłkowego montażu w niedozwolonej konfiguracji, elementy składowe łącznika są bezpośrednio po procesie produkcji ustawione w pozycji gotowej do użycia i nie dopuszczają możliwości zmiany kolejności działania łącznika poprzez zamianę kierunku działania elementów składowych. Łącznik wzmacniający zapewnienia korzystną stabilność i nadaje pożądaną sztywność połączonej konstrukcji.

W trakcie montażu nie występuje niebezpieczeństwo zbyt silnego wkręcenia łącznika tak jak to ma miejsce w przypadku łącznika gwintowego, a - co za tym idzie, zniszczenia gniazda kształtowego płyty meblowej, czy też zerwania gwintu w trakcie dokręcania wkrętów meblowych. Konstrukcja łącznika blokowana dwupołożeniowo uniemożliwia jego zbyt mocne zapięcie, dzięki swojej konstrukcji nie jest możliwym zrealizowanie połączenia przy użyciu łącznika wzmacniającego przy jednoczesnym jego zniszczeniu, co mogłoby spowodować jego niezadziałanie.

Wynalazek nadaje się również do łączenia blatów oraz płyt kompozytowych o dużej grubości.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku w ujęciu schematycznym, na którym fig. 1 przedstawia całość rozwiązania, fig. 2 - łącznik wzmacniający z połączeniem kształtowym, fig. 3 - wzajemne położenie wrębów i zrębów tulei, fig. 4 - łącznik wzmacniający złożony, fig. 5 położenie początkowe elementów składowych łącznika wzmacniającego, fig. 6 - pierwszy etap rozprężania elementów łącznika wzmacniającego, fig. 7 - końcowy etap rozprężania elementów łącznika wzmacniającego, fig. 8 - łącznik wzmacniający wpasowany w zręby połączenia kształtowego, fig. 9 łącznik wzmacniający wraz z połączeniem kształtowym.

Wynalazek w przykładzie wykonania według fig. 1 wykorzystuje połączenie kształtowe nogi krzesła z ramą siedziska za pomocą wrębów 3 i zrębów 2, z długimi krawędziami, które są mechanicznie łączone ze sobą wzdłuż jednej pary przylegających krawędzi, tworząc pionowe mechaniczne połączenie pomiędzy elementami. Wrąb 3 i zrąb 2 tworzą wstępne połączenie mechaniczne stabilizujące poszczególne elementy pod kątem prostym do siebie. W osi połączenia kształtowego znajduje się otwór 5, nieprzelotowy i płaskodenny, dostosowany średnicą i głębokością do geometrii nieodkształconego łącznika wzmacniającego 5. Połączenia kształtowe z otworem 5 mogą zostać wykonane w dowolnym zagęszczeniu, zależnym od wymagań wytrzymałościowych stawianych przed gotowym produktem. W otwór płaskodenny zostaje wprowadzony łącznik wzmacniający 5 w postaci złożonej. Łącznik ten w przykładzie wykonania wykonano w technikach generatywnych spiekania proszku poliamidowego wiązką lasera (SLS), jako element składający się z trzech elementów jako produkt złożony (multibody object), połączony celem zestalenia poszczególnych części składowych (zabezpieczenie przed zgubieniem oraz nieprawidłowym złożeniem) cienkimi łącznikami (membranami) o grubości nie przekraczającej 0,1 mm.

PL 230 614 B1

Łącznik wzmacniający 5 w trakcie zaciskania zaczyna wypełniać wolne przestrzenie (luzy konstrukcji) oraz, zwiększając swoją średnicę zewnętrzną, napiera na ścianki zrębów 2, powodując ich rozepchnięcie w przestrzeni. Połączenie to staje się niewrażliwe na zmiany wilgotności oraz temperatury otoczenia, gdyż łącznik wzmacniający 5, napierając na zmieniające w wyniku działania czynników zewnętrznych wymiary geometryczne połączenia kształtowego, kompensuje powstające luzy przez swoje odkształcenie (rozprężność dwustopniową blokowaną zatrzaskiem).

Łączenie może być wykonywane w dowolnej płaszczyźnie, pionowej lub poziomej. Warunkiem poprawności wykonania połączenia jest takie wykonanie płaskodennego otworu 4 pod łącznik 5, aby jego średnica nie była większa niż 103% średnicy łącznika wzmacniającego, a głębokość odpowiadała długości łącznika wzmacniającego z odchyleniem +/- 4% długości łącznika w stanie zamkniętym. Stopień spęczania łącznika 5 wynosi w stosunku do jego średnicy 7-20% średnicy łącznika 5 w stanie otwartym i uzależnione jest od geometrii trzpienia 7. Przy projektowaniu tego typu połączeń należy zwrócić szczególną uwagę na prawidłowe uwzględnienie stosunku wymiarów łącznika 5 do wymiarów otworu 4. Dopiero zachowanie wytycznych tolerancji wymiarów gwarantuje prawidłowe działanie łącznika w szerokim zakresie zmian warunków eksploatacji (wilgotność oraz temperatura powietrza).

Połączenie według wynalazku może być wykonane w zintegrowanym w linii produkcyjnej procesie technologicznym. Dostarczane płyty w formacie wejściowym do automatycznego magazynu płaskiego są następnie transportowane do stacji wstępnego formatowania, realizowanego na urządzeniu rozcinającym, włączonym do linii poprzez transportery wyprowadzające z obrotnicami (wyposażone ewentualnie w systemy znacznikowe lub etykietujące). Rozcięte płyty są dalej formowane, tj. wyposażone w procesie obróbki ubytkowej we wręby 3 i zręby 2 oraz w otwory 4 pod łącznik wzmacniający 5 wykonywane na wiertarkach sterowanych numerycznie (co najmniej trzyosiowe). Gotowe elementy pakietu meblowego transportowane są do buforów zbierających o układzie poziomym lub pionowym (w przypadku elementów mebli tapicerowanych), a następnie kompletowane w gotowe produkty do montażu lub montowane.

Łącznik wzmacniający 5 poprzez swoją możliwość dwustopniowego rozprężania (zwiększania swych wymiarów zewnętrznych dwustopniowo), wprowadzony pomiędzy połączenie kształtowe, oddziałuje na boczne krawędzie jego elementów, co kompensuje ewentualne luzowanie połączenia wynikające ze zmiany wilgotności lub temperatury otoczenia w jakim mebel jest użytkowany. Dwustopniowe rozprężenie tulei zewnętrznej 6 powodowane przez wsunięcie odpowiednio dobranych wielkością stożkowych czopów rozporowych 11 z zamkami ustalającymi naciskając na sąsiadujące z powierzchniami bocznymi łącznika 5 powierzchnie połączenia kształtowego powoduje dodatkowe wzmocnienie połączenia poprzez wprowadzenie dodatkowych naprężeń w konstrukcję połączenia kształtowego. Powoduje to poza wzmocnieniem samego połączenia eliminację ewentualnych luzów spowodowanych niedokładnościami wykonawczymi oraz kompensuje ewentualne luzowanie połączenia wynikające ze zmiany wilgotności lub temperatury otoczenia.

Dzięki specyficznemu kształtowi podwójnego zapięcia łącznika 5 i jego konstrukcji prawidłowe zamknięcie wzmacniającego łącznika słyszalne jest przez osobę montującą w postaci dwóch odgłosów zatrzaśnięcia zamka pierwszego oraz drugiego.

Łącznik wzmacniający 5 może być wykonany zarówno w technologiach klasycznych (wtrysk, obróbka skrawaniem) jak i w technologiach generatywnych (przyrostowych, np. SLS, SLA, SLM).

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Połączenie płyt drewnianych, drewnopodobnych i kompozytowych przy użyciu łącznika wzmacniającego, zawierające połączenie kształtowe za pomocą zrębu (2) i wrębu (3) oraz łącznik wzmacniający (5), znamienne tym, że płyta pierwsza (1A) przeznaczona do połączenia z płytą drugą (1B) posiada co najmniej jeden co najmniej dwuelementowy zrąb (2) na jednej z krawędzi płyty pierwszej (1A), a płyta druga (1B) posiada odpowiadającą ilość odpowiadających mu kształtem wrębów (3), przy czym pomiędzy elementami zrębu (2) i elementami wrębu (3) znajduje się nieprzelotowy otwór (4) o płaskim dnie i głębokości nie większej niż długość łącznika wzmacniającego (5), przy czym średnica otworu (4) jest zgodna ze średnicą łącznika wzmacniającego (5), zaś łącznik wzmacniający (5) składa się z tulei zewnętrznej (6) oraz wprowadzonego w nią z jednej strony trzpienia (7) oraz wprowadzonej z drugiej strony tulei zamykającej (8) zakończonej z jednej strony kołnierzem (9), która to tuleja zamykająca

PL230 614B1 posiada na bocznej powierzchni czopy rozporowe (11), przy czym trzpień (7) ma kształt stożkowy o kącie zawierającym się pomiędzy 25 a 35° oraz występ dookolny (10), a tuleja zewnętrzna (6) posiada odpowiadające czopom rozporowym (11) wycięcia (12).

2. Połączenie według zastrz. 1, znamienne tym, że trzpień (7) jest dwustopniowy.

3. Połączenie według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy trzpienia (7) połączone są membraną o grubości nie większej niż 0,1 mm.

4. Połączenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pomiędzy połączeniem kształtowym a łącznikiem wzmacniającym (5) znajduje się substancja klejąca.