Dispositivos de fijación con manguitos conformables.

Un dispositivo de fijación por interferencia con manguito adaptado para ser instalado en un agujero de una estructura de material compuesto que comprende:

a) un manguito conformable que tiene una cabeza en un extremo y una porción tubular

, en el que la porción tubular tiene un diámetro interior y un diámetro exterior, en el que el diámetro exterior de la porción tubular es inferior al diámetro interior del agujero de la estructura de material compuesto y en el que el manguito conformable está compuesto por al menos un primer material que tiene una dureza de X; y

b) un elemento de clavija, teniendo el elemento de clavija al menos una cabeza de clavija en un extremo, una porción de bloqueo en el extremo opuesto de la cabeza de la clavija y una porción de fuste entre los mismos, en el que la porción de fuste, ubicada por debajo de la cabeza de la clavija, tiene un diámetro superior al diámetro interior de la porción tubular del manguito conformable y

caracterizado porque

el elemento de clavija está compuesto por al menos un segundo material que tiene una dureza de Y, en el que X es suficientemente inferior a Y de modo que en una posición instalada, al menos una porción del, al menos un, primer material del manguito conformable se ajusta a un contorno de una superficie interior del agujero para crear un contacto eléctrico continuo en una interfaz entre la superficie interior del agujero de la estructura y el manguito conformable, en el que, después de ejercer una presión desde la porción de fuste del elemento de clavija, el manguito conformable es adaptado para expandirse radialmente sobre la superficie interior del agujero para formar un ajuste por interferencia entre el diámetro exterior del manguito y el agujero de la estructura de material compuesto para proporcionar la posición instalada, y

en el que, para facilitar un movimiento del elemento de clavija a través del manguito conformable, el dispositivo de fijación comprende un lubricante, comprendiendo el lubricante un material de película sólido conductor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/029758.

Solicitante: ALCOA INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: Alcoa Corporate Center, 201 Isabella Street Pittsburgh, PA 15212-5858 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: HAYLOCK,LUKE, MULAZIMOGLU,HASIM, ZENG,LIANG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES... > DISPOSITIVOS PARA UNIR O BLOQUEAR LOS ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS... > Bulones sin rosca; Pasadores incluyendo aquellos... > F16B19/05 (Bulones o clavijas fijadas por collaretes embutidos (F16B 19/08 tiene prioridad))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > EQUIPAMIENTO INTERIOR O ACOPLABLE A AERONAVES; TRAJES... > Indicadores o dispositivos de protección de aeronaves... > B64D45/02 (protecciones contra rayos (pararrayos H01C 7/12, H01C 8/04, H01G 9/18, H01T; disposiciones de circuitos a este efecto H02H ); Descargadores de electricidad estática (en general H05F 3/00))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES... > DISPOSITIVOS PARA UNIR O BLOQUEAR LOS ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS... > F16B4/00 (Ensambladura por contracción, p. ej. ensamblando con las partes calentadas a diferente temperatura; Montaje forzado (restringido para objetos o elementos metálicos B23P 11/02 ); Sujeciones de presión por fricción que no se pueden soltar (F16B 2/00 tiene prioridad))

PDF original: ES-2534585_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivos de fijación con manguitos conformables Campo técnico

La presente invención se refiere a dispositivos de fijación por interferencia y a procedimientos para instalarlos. Antecedentes

El documento EP 1 93 221 A2 se refiere a un dispositivo de fijación adaptado para pasar a través de agujeros alineados a través de piezas de trabajo. Los dispositivos de fijación convencionales incluyen un elemento de clavija que tiene una porción de transición en el que el diámetro de la porción de transición disminuye radialmente cuando se extiende desde la porción de fuste cilindrica lisa a la porción roscada. El dispositivo de fijación también puede comprender un elemento de manguito y un medio de sujeción. El medio de sujeción incluye un collar, una tuerca o cualquier otro medio de sujeción posible.

El documento US 3 953 96 A se refiere a un montaje de dispositivo de fijación que se usa para asegurar una pluralidad de placas u otros elementos estructurales, conjuntamente en un ajuste por interferencia entre el dispositivo de fijación y las placas para impartir una tensión circunferencial residual dentro de los elementos estructurales y alrededor del agujero a través del que se extiende el dispositivo de fijación para evitar fallos por fatiga en los elementos estructurales en la vecindad del agujero. El montaje de dispositivo de fijación convencional comprende la combinación de un manguito acampanado de material relativamente blando y un mandril cónico de material relativamente duro. El mandril se lleva en primer lugar al interior del manguito en la fábrica en un ajuste por interferencia preliminar con el manguito, y el manguito, después, se rectifica a las tolerancias finales, de modo que cada mandril y manguito se convierten en un par combinado. Cuando se inserta en el agujero de los elementos estructurales a los que, de esta manera, se une, el mandril se lleva después adicionalmente al interior del manguito, lo que causa que el manguito se expanda radialmente hacia afuera para adoptar un diámetro final superior al diámetro original del agujero.

El documento EP 468 563 A1 se refiere a un procedimiento de instalación de un ojal dentro de una abertura en una pared de material compuesto. Se forma una abertura en una pared de material compuesto. Se forma un avellanado en un extremo de la abertura. Se dispone un ojal en la abertura. Se dispone un manguito divisor en la porción de diámetro pequeño de un mandril que está unido a un extractor a motor. El mandril con el manguito divisor se dispone a través de la abertura y un ojal. El extractor a motor se opera después para extraer el mandril de nuevo a través de la abertura y el ojal, de este modo, expande el manguito divisor que a su vez proporciona la expansión radial del ojal. Después de haber extraído el mandril todo el recorrido a través del manguito divisor, tanto este como el manguito divisor se retiran del ojal.

El documento US 4 48 898 A se refiere a un dispositivo de fijación que comprende un manguito, un eje con cabeza y una rosca. El eje y manguito como un subsistema se inserta en un agujero en un apilado de láminas, la tuerca se aplica al eje y el eje se extrae por la fuerza dentro del pasaje para expandir el manguito lateralmente en un ajuste

anclado con la pared del agujero.

En determinadas aplicaciones, los dispositivos de fijación por interferencia están en contacto íntimo con una estructura en la que están dispuestos. En algunas aplicaciones es deseable tener la presencia de un número mínimo de espacios o huecos de tamaño pequeño, o la ausencia de espacios y huecos en conjunto, entre los dispositivos de fijación y la estructura.

Por ejemplo, numerosos dispositivos de fijación por Interferencia y manguitos adjuntos se usan en una aeronave sencilla. En el caso de un impacto por rayo en la aeronave, si un dispositivo de fijación/manguito no está en contacto íntimo con una pared lateral de un agujero en la estructura en la que el dispositivo de fijación/manguito está insertado, la energía térmica instantánea causada por el rayo Ioniza el aire en los huecos entre el dispositivo de fijación/manguito y la pared lateral y crea un plasma de arco que estalla en forma de chispa. Esta es una situación muy peligrosa para una aeronave, especialmente si el chispeo tiene lugar cerca de un tanque de combustible.

Con particular preferencia a componentes estructurales de aeronaves fabricados a partir de materiales compuestos, tales como plásticos reforzados con fibras de carbono, estos huecos pueden crearse durante un proceso de perforación de agujeros para dispositivos de fijación en el material compuesto. Las fibras de carbono individuales se fracturan en ángulos irregulares y forman huecos microscópicos entre un dispositivo de fijación/manguito y el agujero. Al desgastarse la herramienta de corte con el tiempo, existe un aumento de formación de Irregularidades en la superficie de la estructura, lo que provoca un aumento en la cantidad de fibras o resina sin cortar y delaminación, también conocida como microtextura inducida mecánicamente.

Cuando el rayo impacta con la superficie de la estructura de material compuesto, la densidad de corriente tiende a ser superior alrededor de los dispositivos de fijación metálicos, que se usan comúnmente para unir los diversos elementos de la estructura. Estas corrientes pueden crear fuentes de Ignición perjudiciales uniéndose a un dispositivo de fijación y fluyendo a través del dispositivo de fijación a algún punto dentro de la estructura, que tenga

disposición a la formación de arco eléctrico. Para evitar esta situación, la corriente debe disiparse a través de las fibras de carbono perpendicularmente al agujero del dispositivo de fijación. Como se ha descrito anteriormente, si el dispositivo de fijación no está en contacto íntimo con paredes laterales del agujero, la energía térmica instantánea ioniza el aire en los huecos y crea un plasma de arco que estalla en forma de chispa.

Adicionalmente, se usan recubrimientos eléctricamente conductores para una diversidad de aplicaciones, tales como disipación de carga y protección contra interferencia de radiofrecuencia (EMI/RFI). La cantidad de conductividad de corriente continua requerida depende de la aplicación específica. La carga eléctrica acumulada por sustratos dieléctricos tales como estructuras de fibra de vidrio en contacto de fricción con otros materiales puede tener como consecuencia voltajes estáticos muy elevados que pueden provocar la descarga peligrosa de chispas. La cantidad de resistividad de superficie requerida para descargar eficazmente esta carga y evitar la formación de chispas es habitualmente bastante reducida, 16a 19 Q/cm2

Sumario de la invención

En algunas realizaciones, un dispositivo de fijación por interferencia con manguito adaptado para ser instalado en un agujero de una estructura de material compuesto comprende: a.) un manguito conformable que tiene una cabeza en un extremo y una porción tubular, en el que la porción tubular tiene un diámetro interior y un diámetro exterior, en el que el diámetro exterior de la porción tubular es inferior al diámetro interior del agujero de la estructura de material compuesto y en el que el manguito conformable está compuesto por al menos un primer material que tiene una dureza de X; b.) un elemento de clavija, teniendo el elemento de clavija al menos una cabeza de clavija en un extremo, una porción de bloqueo en el extremo opuesto de la cabeza de la clavija y una porción de fuste entre los mismos, en el que la porción de fuste, ubicada por debajo de la cabeza de la clavija, tiene un diámetro superior al diámetro interior de la porción tubular del manguito conformable y en el que el elemento de clavija está compuesto por al menos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo de fijación por interferencia con manguito adaptado para ser instalado en un agujero de una estructura de material compuesto que comprende:

a) un manguito conformable que tiene una cabeza en un extremo y una porción tubular, en el que la porción tubular tiene un diámetro interior y un diámetro exterior, en el que el diámetro exterior de la porción tubular es inferior al diámetro Interior del agujero de la estructura de material compuesto y en el que el manguito conformable está compuesto por al menos un primer material que tiene una dureza de X; y

b) un elemento de clavija, teniendo el elemento de clavija al menos una cabeza de clavija en un extremo, una porción de bloqueo en el extremo opuesto de la cabeza de la clavija y una porción de fuste entre los mismos, en el que la porción de fuste, ubicada por debajo de la cabeza de la clavija, tiene un diámetro superior al diámetro interior de la porción tubular del manguito conformable y

caracterizado porque

el elemento de clavija está compuesto por al menos un segundo material que tiene una dureza de Y, en el que X es suficientemente Inferior a Y de modo que en una posición Instalada, al menos una porción del, al menos un, primer material del manguito conformable se ajusta a un contorno de una superficie interior del agujero para crear un contacto eléctrico continuo en una interfaz entre la superficie Interior del agujero de la estructura y el manguito conformable, en el que, después de ejercer una presión desde la porción de fuste del elemento de clavija, el manguito conformable es adaptado para expandirse radlalmente sobre la superficie interior del agujero para formar un ajuste por Interferencia entre el diámetro exterior del manguito y el agujero de la estructura de material compuesto para proporcionar la posición instalada, y

en el que, para facilitar un movimiento del elemento de clavija a través del manguito conformable, el dispositivo de fijación comprende un lubricante, comprendiendo el lubricante un material de película sólido conductor.

2. El dispositivo de fijación por Interferencia con manguito de la reivindicación 1, en el que el material de película sólido conductor comprende nanotubos de carbono en una concentración entre el ,5 y el 3 por ciento del peso total del material de película sólido conductor.

3. El dispositivo de fijación por Interferencia con manguito de la reivindicación 1 o 2, en el que X es inferior a 1 HRB en la escala Rockwell B.

4. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la superficie interior del agujero tiene un sellante cuando el dispositivo de fijación está en la posición instalada.

5. Un dispositivo de fijación por interferencia con manguito adaptado para ser instalado en un agujero de una estructura de material compuesto que comprende:

a) un manguito conformable que tiene una cabeza en un extremo y una porción tubular, en el que la porción tubular está compuesta por una capa de base interior y una capa de recubrimiento exterior, en el que la porción tubular tiene un diámetro interior y un diámetro exterior, en el que el diámetro exterior de la porción tubular es inferior al diámetro interior del agujero de la estructura de material compuesto, en el que la capa de base interior está compuesta por al menos un primer material que tiene una dureza de X y en el que la capa de recubrimiento exterior está compuesta por al menos un segundo material que tiene una dureza de Y; y

b) un elemento de clavija, en el que el elemento de clavija tiene al menos una cabeza de clavija en un extremo, una porción de bloqueo en el extremo opuesto de la cabeza de la clavija y una porción de fuste entre los mismos, en el que la porción de fuste, ubicada por debajo de la cabeza de la clavija, tiene un diámetro superior al diámetro interior de la porción tubular del manguito conformable y en el que el elemento de clavija está compuesto por al menos un tercer material que tiene una dureza de Z,

caracterizado porque

Y es suficientemente inferior a X y Z es igual o superior a X, de modo que, en una posición instalada, al menos una porción de la capa de recubrimiento exterior de la porción tubular se ajusta a un contorno de una superficie interior del agujero para crear un contacto eléctrico continuo en una interfaz entre la superficie interior del agujero de la estructura de material compuesto y el manguito conformable, en el que, después de ejercer una presión desde la porción de fuste del elemento de clavija, el manguito conformable es adaptado para expandirse radialmente sobre la superficie interior del agujero para formar un ajuste por interferencia entre el diámetro exterior del manguito y el agujero de la estructura de material compuesto para proporcionar la posición instalada.

6. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de la reivindicación 5, en el que la capa de recubrimiento exterior es un recubrimiento sólido fijado.

7. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de la reivindicación 6, en el recubrimiento sólido fijado comprende i) al menos un material orgánico y ii) al menos un material de carga conductor.

8. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de la reivindicación 6, en el que el recubrimiento sólido fijado comprende un material metálico.

9. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de la reivindicación 8, en el que el material metálico

comprende uno o más elementos metálicos seleccionados del grupo que consiste en plata, aluminio, oro y níquel.

1. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de una de las reivindicaciones 5 a 9, en el que X es inferior a 1 HRB en la escala Rockwell B.

11. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de una de las reivindicaciones 5 a 1, en el que la 5 superficie interior del agujero tiene un sellante cuando el dispositivo de fijación está en la posición instalada.

12. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de una de las reivindicaciones 5 a 11, en el que, para facilitar un movimiento del elemento de clavija a través del manguito conformable, el dispositivo de fijación comprende además un lubricante.

13. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de la reivindicación 12, en el que el lubricante comprende 1 un material de película sólido conductor.

14. El dispositivo de fijación por interferencia con manguito de la reivindicación 13, en el que el material de película sólido conductor comprende nanotubos de carbono en una concentración entre el ,5 y el 3 por ciento del peso total del material de película sólido conductor.