TORNILLOS PARA TENSORES DE MULTIPLES TORNILLOS.

Un tensor de múltiples tornillos que incluye: un cuerpo de tornillo (38) que tiene una pluralidad de orificios separados uniformemente de un eje central longitudinal en posiciones separadas alrededor de una periferia exterior del mismo,

teniendo dichos orificios paredes laterales formadas con las roscas del cuerpo (36); y tornillos (20) incluyendo cada uno un extremo de recepción de par (22) adyacente a las roscas del tornillo (26) para acoplar roscadamente dichas roscas de cuerpo (36) en uno de los orificios de dicho cuerpo de tornillo (38), estando construidas dichas roscas de tornillo (26) y dichas roscas de cuerpo (36) para formar una separación helicoidal que comienza en el lugar de contacto de rosca de metal con metal (46) próximo a dicho extremo de recepción de par (22) y que termina lejos del mismo a lo largo de la longitud del tornillo (20), estando definida dicha separación helicoidal por un volumen transversal que aumenta uniformemente para producir elásticamente un contacto de rosca de metal con metal en una relación de transferencia de carga a lo largo de la longitud de las roscas (26, 36) con el esfuerzo de rosca que aumenta uniformemente en respuesta al par aplicado al extremo de recepción de par (22) del tornillo 20, caracterizado porque dicha separación helicoidal está formada colectivamente por pasos de rosca diferentes (36A, 26A) de dichas roscas de tornillo (26) y dichas roscas de cuerpo (36), teniendo las roscas de tornillo (26) un paso de rosca (26A) mayor que el paso de rosca (36A) de las roscas de cuerpo (36); por roscas de tornillo cónicas (26) que tienen el diámetro mayor en la configuración cónica próxima al extremo de recepción de par (22) del tornillo (20), y por dichas roscas de tornillo (26) y dichas roscas de cuerpo (36) que están construidas para formar una inclinación de flanco de rosca entre las roscas que comprende dichas roscas de cuerpo (36) con relación a la inclinación de flanco de rosca de las roscas que comprenden dichas roscas de tornillo (26), estableciendo la construcción de dichos flancos en ángulo diferente contacto por rosca en un diámetro menor que el diámetro de paso de rosca para reducir el radio del brazo de par que se extiende desde el eje longitudinal (32) de dichas roscas de tornillo (26) hasta el lugar de acoplamiento de rosca de unión (46)

Tornillos para tensores de múltiples tornillos.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un tensor de múltiples tornillos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Tal tensor de múltiples tornillos se conoce del documento US-A-4.846.614.

El sujetador expuesto en el documento US RE33.490E que se ilustra en la Figura 1 para utilizar para apretar bridas 1 y 2 bajo una fuerza de compresión indicada con las flechas 3 que se mantiene mediante el esfuerzo indicado por la flecha 4 de una parte de vástago 5 unida a una cabeza de sujeción 6 en un extremo y un cuerpo tensor 7 acoplado mediante rosca con la parte de vástago opuesta a la cabeza de sujeción 6. El par aplicado al tornillo 8 acoplado por rosca alrededor de la periferia del cuerpo tensor 7, desarrolla una fuerza de empuje muy elevada contra una arandela templada 9. Esta fuerza de empuje y la fuerza de reacción opuesta sobre la cabeza de sujeción 6 generan una fuerza de apriete fuerte sobre las bridas. Los tornillos están sometidos a esfuerzos de compresión muy elevados. Esfuerzos de compresión de más de 1378951 kPa son habitualmente permitidos por la mayoría de los materiales.

El documento US 4.846.614 expedido a Rolf Steinbock, expone un tensor de múltiples tornillos que incluye un cuerpo de tornillo que tiene una pluralidad de orificios separados uniformemente alrededor de una periferia exterior del mismo, teniendo dichos orificios paredes laterales formadas con roscas de cuerpo; incluyendo cada tornillo un extremo de recepción de par que tiene roscas de tornillo para acoplar por rosca a las roscas del cuerpo; y una separación helicoidal que está definida por un volumen transversal que aumenta uniformemente para producir de forma elástica un contacto de rosca de metal con metal en una transferencia de carga con relación a lo largo de la longitud de las roscas con esfuerzo de rosca de que aumenta uniformemente en respuesta a un par aplicado al tornillo. Tal separación helicoidal está formada debido a los diferentes pasos de las roscas del cuerpo y las roscas del tornillo.

Los esfuerzos compresivos normalmente no conducen a fallo en servicio, sin embargo, se debe aplicar un par muy elevado a los tornillos para obtener los esfuerzos elevados.

Una forma de mantener los requisitos de par relativamente bajo es mediante el uso de una lubricación adecuada. Varios lubricantes, tales como pasta de aceite de grafito, son adecuados para disminuir los requisitos de par lo suficiente como para evitar que los tornillos se cizallen.

En un servicio de baja temperatura, el par requerido para aflojar los tornillos es aproximadamente el mismo que el par requerido para apretar los tornillos pero, se han producido problemas. Cuando los tensores de múltiples tornillos se calientan más allá del punto de rotura del aceite de la pasta de aceite de grafito, el factor de fricción de la lubricación aumenta entre un 300 y un 400%. Algunos aceites sintéticos son estables hasta 205ºC pero por encima de esa temperatura los lubricantes sintéticos generalmente fallan. Los sólidos añadidos a los componentes de lubricación comerciales generalmente fallan cuando un lubricante se calienta por encima de los 260ºC-315ºC.

El apresamiento de las roscas de los tornillos en el cuerpo del tensor y los tornillos puede cizallar bajo el par requerido para aflojar los tornillos. Un compuesto de lubricante de grafito se puede restablecer introduciendo un aceite penetrante que penetra a lo largo de las roscas del tornillo y a través de los extremos de los tornillos sometidos a esfuerzo de compresión. La aplicación aceite a elevada temperatura reduce la viscosidad del aceite y facilita la penetración a lo largo de las roscas de unión.

La Figura 2 ilustra un tensor de múltiples tornillos en el que el diseño de rosca cónica para las roscas de unión de los tornillos y el cuerpo tensor están configurados de acuerdo con las especificaciones de rosca estándar.

Los tornillos están ilustrados en el estado anterior a la precarga y las roscas de reunión están en contacto continuo a lo largo de la longitud de unión.

El extremo del tornillo en contacto con la arandela 6 está provisto de una cara plana.

Cuando el tornillo es apretado lo suficiente como para establecer cargas de esfuerzo elevadas en el sujetador, las roscas del tornillo, como se muestra en la Figura 3, deforman y fija el metal de la rosca del cuerpo tensor 7. La deformación de la rosca aunque depende de la resistencia relativa de los materiales del tornillo y el cuerpo tensor 7 se ha encontrado que generalmente se extiende las suficientes vueltas identificadas con los números de referencia 10 a un punto identificado con el número de referencia 11 en el que las vueltas sucesivas funcionan para transferir el esfuerzo sin deformación. La deformación de la rosca produce un aumento significativo del par que debe ser aplicado a los tornillos con en fin de alcanzar la fuerza de apriete deseada que va a producir el sujetador. La deformación de la rosca también limpia las roscas inferiores deformadas de lubricante que contribuye a un requisito para un mayor par. También se ha encontrado que la inexactitud de la herramienta utilizada para formar las roscas de unión produce una correspondiente inexactitud cuando el lugar del acoplamiento de unión tal como el diámetro del paso interiormente o exteriormente. Cuando el contacto de las roscas con las roscas del tornillo se produce fuera del diámetro de paso, se necesita un mayor par que cuando las roscas se apoyan dentro de diámetro de paso. En el estado sometido a elevados esfuerzos el extremo del tornillo en contacto con la arandela 9 se ha encontrado que se experimenta desgaste que es una forma de soldadura fría generalmente en el labio periférico exterior de la superficie de cara del tornillo. El desgaste se producirá incluso en presencia de lubricante cuando los requisitos de elevada presión hagan que el compuesto de lubricante sea expulsado hidráulicamente del área de acoplamiento de unión entre el tornillo y la arandela.

Es un objeto de la invención proporcionar un diseño de tensor de múltiples tornillos y un método para producir el mismo para conseguir una distribución de esfuerzos eficaz en las roscas de unión de los tornillos y el cuerpo tensor para evitar la deformación local en las roscas inferiores que están más lejos de los extremos de recepción de par de los tornillos y mejorar la penetración del aceite para disminuir la magnitud del par necesario para someter a esfuerzo los tornillos durante el funcionamiento del tensor.

Es un objeto más de la presente invención proporcionar una construcción y disposición de las partes para que un tensor de múltiples tornillos reduzca los requisitos de par de los tornillos para generar una carga dada y para reducir los requisitos de par de rotura particularmente cuando se afloja un tensor de múltiples tornillos después de su exposición a un ambiente de elevada temperatura.

Sumario de la invención

Estos objetos se consiguen mediante un tensor de múltiples tornillos que tiene las características de la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas están presentadas en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se entenderá de forma más completa de la lectura de la descripción siguiente en combinación con los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 es una vista isométrica que ilustra un tensor de múltiples tornillos del tipo conocido en la técnica anterior e ilustrado en la patente US RE 33.490E;

la Figura 2 es una vista en alzado en sección que ilustra el tornillo acoplado por rosca con una abertura roscada en un cuerpo tensor antes de aplicar el par al tornillo;

la Figura 3 es una vista en alzado, en sección, similar a la Figura 2 y que ilustra la deformación de la rosca después de aplicar un elevado par al tornillo;

la Figura 4 es una vista en alzado, en sección, de una realización preferida de una configuración de tornillo y rosca en el cuerpo del tensor antes de aplicar un par al tornillo;

la Figura 5 es una vista en alzado de la realización mostrada en la Figura 4 después de aplicar el par a los tornillos hasta una magnitud deseada;

las Figuras 6, 7 y 8 son realizaciones alternativas a la configuración de la cara extrema de un tornillo para estar en contacto con una arandela;

la...

1. Un tensor de múltiples tornillos que incluye:

un cuerpo de tornillo (38) que tiene una pluralidad de orificios separados uniformemente de un eje central longitudinal en posiciones separadas alrededor de una periferia exterior del mismo, teniendo dichos orificios paredes laterales formadas con las roscas del cuerpo (36); y

tornillos (20) incluyendo cada uno un extremo de recepción de par (22) adyacente a las roscas del tornillo (26) para acoplar roscadamente dichas roscas de cuerpo (36) en uno de los orificios de dicho cuerpo de tornillo (38),

estando construidas dichas roscas de tornillo (26) y dichas roscas de cuerpo (36) para formar una separación helicoidal que comienza en el lugar de contacto de rosca de metal con metal (46) próximo a dicho extremo de recepción de par (22) y que termina lejos del mismo a lo largo de la longitud del tornillo (20), estando definida dicha separación helicoidal por un volumen transversal que aumenta uniformemente para producir elásticamente un contacto de rosca de metal con metal en una relación de transferencia de carga a lo largo de la longitud de las roscas (26, 36) con el esfuerzo de rosca que aumenta uniformemente en respuesta al par aplicado al extremo de recepción de par (22) del tornillo 20,

caracterizado porque dicha separación helicoidal está formada colectivamente

por pasos de rosca diferentes (36A, 26A) de dichas roscas de tornillo (26) y dichas roscas de cuerpo (36), teniendo las roscas de tornillo (26) un paso de rosca (26A) mayor que el paso de rosca (36A) de las roscas de cuerpo (36);

por roscas de tornillo cónicas (26) que tienen el diámetro mayor en la configuración cónica próxima al extremo de recepción de par (22) del tornillo (20), y

por dichas roscas de tornillo (26) y dichas roscas de cuerpo (36) que están construidas para formar una inclinación de flanco de rosca entre las roscas que comprende dichas roscas de cuerpo (36) con relación a la inclinación de flanco de rosca de las roscas que comprenden dichas roscas de tornillo (26), estableciendo la construcción de dichos flancos en ángulo diferente contacto por rosca en un diámetro menor que el diámetro de paso de rosca para reducir el radio del brazo de par que se extiende desde el eje longitudinal (32) de dichas roscas de tornillo (26) hasta el lugar de acoplamiento de rosca de unión (46).

2. Un tensor de múltiples tornillos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas roscas de tornillo (26) están construidas y dispuestas para acortarse en respuesta de la carga de rosca producida por el par aplicado sobre dicho extremo de recepción de par (22).

3. Un tensor de múltiples tornillos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada unión de dichos tornillos (20) incluye una superficie extrema de compresión (30) opuesta a dicho extremo de recepción de par (22), teniendo dicha superficie extrema de compresión (30) un área central que sobresale a lo largo de un eje longitudinal (32) de dicho tornillo (20) para reducir la fricción de apoyo y evitar el desgaste bajo la fuerza compresiva desarrollada en respuesta a la aplicación de un par en el tornillo (20).

4. Un tensor de múltiples tornillos de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha área central que sobresale es parabólica.

5. Un tensor de múltiples tornillos de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha área central que sobresale es cónica.

6. Un tensor de múltiples tornillos de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha área central que sobresale es esférica.

7. Un tensor de múltiples tornillos de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha esfera está definida por un radio comprendido entre 5 y 20 veces el diámetro de dicho tornillo (20).

8. Un tensor de múltiples tornillos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos tornillos (20) incluyen una superficie extrema de compresión (30) opuesta a dicho extremo de recepción de par (22), tendiendo dicha superficie extrema de compresión (30) dos superficies cónicas truncadas (48, 54) que se funden en una área central sobresaliente de diámetro común (52) a lo largo de un eje longitudinal (32) de dicho tornillo (20) para formar una cavidad de almacenamiento de lubricante cónica (56) que reduce la fricción de apoyo bajo la fuerza de compresión desarrollada en respuesta a aplicar y aflojar un par al tornillo (20).