DISPOSITIVO DE FIJACIÓN PROVISIONAL Y REUTILIZABLE DESTINADO AL PREENSAMBLADO DE AL MENOS DOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES PREVIAMENTE TALADRADOS.

Dispositivo de fijación provisional y reutilizable (1), tal como una grapa de sujeción,

destinado al preensamblado de al menos dos elementos estructurales (4, 5) previamente dotados de taladros coaxiales (2, 3) para recibir dicho dispositivo, que comprende:

- un cuerpo cilíndrico hueco (10) que se extiende según un eje de alargamiento (XX'),

- un casquillo de apoyo (20) dispuesto en un extremo proximal (10a) del cuerpo hueco (10) y contra el cual uno de los elementos estructurales (4, 5) está destinado a reposar en la posición de fijación del dispositivo (1),

- un espárrago fileteado de tracción (40) que atraviesa el cuerpo hueco (10) coaxialmente a éste y destinado a ser introducido en los taladros coaxiales (2, 3) respectivos de los elementos estructurales (4, 5) a fijar,

- medios de apriete ligados al espárrago fileteado de tracción y destinados a mantener los elementos estructurales (4, 5) uno contra el otro, comprendiendo los medios de apriete, al menos, un capuchón tubular amovible (50) adaptado para ser montado sobre un extremo fileteado proximal (40a) del espárrago de tracción (40) y que puede ser compactado axialmente de forma local bajo el efecto de una fuerza ejercida sobre dicho espárrago de tracción de manera que se forme un collarín radial (100) destinado a coger los elementos estructurales (4, 5) emparedados entre este último y el casquillo de apoyo (20), caracterizado porque

- incluye una vaina (30) que presenta un reborde de apoyo (36) sobre el cual reposa el capuchón tubular (50) y que permite la formación del collarín radial (100) a distancia de los elementos estructurales.

Dispositivo de fijación provisional y reutilizable destinado al preensamblado de al menos dos elementos estructurales previamente taladrados.

La presente invención se refiere a un dispositivo de fijación provisional y reutilizable destinado al preensamblado de al menos dos elementos estructurales previamente taladrados, a los que se accede desde una sola cara de la estructura, descrito en el preámbulo de la reivindicación 1. Un dispositivo de este tipo es conocido, por ejemplo, del documento de patente alemana DE 202006 012 660 U1.

Dispositivos de fijación provisional, la mayoría de las veces bajo el término de grapas de sujeción, son utilizados corrientemente en la construcción mecánica y principalmente en la construcción aeronáutica, para el preensamblado de elementos estructurales constitutivos de una aeronave, tales como paneles del fuselaje o de las alas, ensamblados sobre marcos, planos, tirantes, nervios y largueros.

Los dispositivos conocidos en la técnica anterior comprenden, generalmente, un cuerpo cilíndrico hueco que viene a apoyarse sobre una primera cara de los elementos estructurales a ensamblar, en el interior del cual viene a deslizar un conjunto espárrago/pinzas, constituido a su vez por un espárrago fileteado en un primer extremo en el cual están engastadas dos semipinzas dotadas de uñas retráctiles que vienen a apoyarse sobre la segunda cara opuesta de los elementos estructurales a ensamblar. Una tuerca está roscada sobre el segundo extremo fileteado del espárrago y viene a apoyarse sobre la cara posterior del cuerpo hueco.

La tuerca es entonces arrastrada en rotación sobre el espárrago fleteado por medio de una herramienta de colocación del tipo destornillador, lo que provoca la retracción del conjunto espárrago/pinzas hasta que las uñas vienen a apoyarse sobre la cara opuesta de los elementos estructurales a ensamblar, para acercarlos firmemente bajo un esfuerzo de precarga determinado.

Al final de las operaciones de preensamblado, estos dispositivos pueden ser desmontados desatornillando la tuerca para empujar de vuelta en sentido inverso el conjunto espárrago/pinzas y permitir la retracción radial de las uñas con el fin de poder extraer el dispositivo del agujero taladrado en los elementos estructurales.

Dispositivos de fijación provisionales de ese tipo están descritos en los documentos de patente francesa FR 2 513 708 o europea EP 336 808.

Estos dispositivos son utilizados corrientemente para el preensamblado de elementos estructurales metálicos, principalmente de aleación de aluminio cuya resistencia mecánica puede soportar sin deterioros mayores la fuerte presión local de contacto ejercida por las uñas sobre las superficies pequeñas de apoyo inherentes al concepto de las pinzas retráctiles.

En las aeronaves modernas, cada vez más elementos estructurales metálicos son reemplazados por materiales compuestos reforzados con fibras tales como las fibras de vidrio o de carbono. La estructura multicapa de estos materiales los hace sensibles al delaminación entre capas. Esta forma de deterioro, que puede degradar muy significativamente la resistencia mecánica de tales materiales, es frecuente en el borde de un agujero taladrado en el material compuesto, principalmente bajo el efecto de la fuerte presión local de contacto y de las aristas vivas de las uñas de las grapas de la técnica anterior descritas anteriormente.

Un objeto de la presente invención es, pues, resolver el problema citado anteriormente con la ayuda de una solución fiable, de concepción simple.

Así, el nuevo concepto de grapa de sujeción para materiales compuestos expuesto a continuación tiene, precisamente, por objeto y por ventaja el reducir al mínimo la presión local de contacto al aumentar considerablemente la superficie de apoyo y eliminar las aristas vivas con efecto contundente, a la vez que conserva las ventajas que constituyen el acceso por una sola cara del conjunto, una precarga instalada elevada así como su carácter desmontable y reutilizable, particularmente importante.

En particular, la presente invención tiene por objeto un dispositivo de fijación provisional y reutilizable, tal como una grapa de sujeción, destinado al preensamblado de al menos dos elementos estructurales previamente dotados de taladros coaxiales para recibir dicho dispositivo, que comprende:

- un cuerpo cilíndrico hueco que se extiende según un eje de alargamiento,

- un casquillo de apoyo dispuesto en un extremo proximal del cuerpo hueco y contra el cual uno de los elementos estructurales está destinado a reposar en la posición de fijación del dispositivo,

- un espárrago fileteado de tracción que atraviesa el cuerpo hueco coaxialmente a aquél y destinado a ser introducido en los taladros coaxiales respectivos de los elementos estructurales a fijar,

- medios de apriete ligados al espárrago fileteado de tracción y destinados a mantener los elementos estructurales uno contra el otro, comprendiendo los medios de apriete, al menos, un capuchón tubular amovible adaptado para ser montado sobre un extremo fileteado proximal del espárrago de tracción y que puede ser compactado axialmente de forma local bajo el efecto de una fuerza ejercida sobre dicho espárrago de tracción de manera que forme un collarín radial destinado a coger los elementos estructurales emparedados entre este último y el casquillo de apoyo,

caracterizado porque

- incluye una vaina que presenta un reborde de apoyo sobre el cual reposa el capuchón tubular y que permite la formación del collarín radial a distancia de los elementos estructurales.

Así, el capuchón deformable, que se ensancha en forma de bulbo durante la instalación sobre la estructura, forma una superficie de apoyo importante que permite reducir las presiones locales de contacto sobre el material compuesto, evitando cualquier formación de arista viva susceptible de dañar a este último. Este capuchón se puede separar con soltura después de la instalación de manera que se puede desmontar fácilmente la grapa. Este capuchón es consumible y puede ser reemplazado después para poder reutilizar la grapa con menor coste.

Según modos de realización preferidos, el dispositivo según la presente invención puede comprender, además, una al menos de las características siguientes:

- el capuchón tubular está provisto localmente de una zona debilitada mecánicamente destinada a formar el collarín bajo el efecto de la fuerza de tracción axial ejercida sobre el espárrago;

- la zona debilitada mecánicamente está definida por una reducción de espesor del capuchón tubular adaptada para deformarse radialmente hacia el exterior, a una distancia determinada del casquillo de apoyo superior al espesor de los elementos estructurales a ensamblar, para formar el collarín por expansión.

- la vaina es cilíndrica y está roscada cobre el extremo proximal del espárrago de tracción;

- la vaina presenta un taladro interno axial de forma poligonal, por ejemplo hexagonal, adaptada para cooperar estrechamente con una forma poligonal correspondiente dispuesta sobre una porción distal externa del capuchón tubular de manera que se bloquee este último en rotación con respecto a dicha vaina;

- la vaina presenta un diámetro externo sensiblemente igual al diámetro externo del capuchón tubular;

- la vaina presenta, sobre la mayor parte de su longitud, un diámetro externo adaptado para deslizar con un juego mínimo en el interior de un orificio circular dispuesto en el casquillo de apoyo;

- la vaina está provista de un resalto destinado a venir a apoyarse sobre la cara interna extrema del casquillo, estando dicho resalto a su vez taladrado por muchos orificios radiales que permiten alojar un sistema de bloqueo en traslación de la vaina con respecto al espárrago de tracción;

- el sistema de bloqueo en traslación incluye bolas que cooperan con una garganta anular realizada en el espárrago fileteado y que tiene un diámetro igual al diámetro externo de la vaina minorado aproximadamente una vez el diámetro de la bolas de suerte que las bolas pueden retraerse en la garganta sin sobre pasar dicho diámetro;

- como alternativa, el sistema de bloqueo en traslación está constituido por un casquillo hendido solidario de la vaina y que incluye varios segmentos separados por ranuras de manera que se forman lengüetas radialmente elásticas cuyos extremos presentan salientes radiales de forma pseudotórica que pueden escamotearse en la ranura circular;

- la garganta anular presenta, sobre su borde distal, un chaflán cónico destinado... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de fijación provisional y reutilizable (1) , tal como una grapa de sujeción, destinado al preensamblado de al menos dos elementos estructurales (4, 5) previamente dotados de taladros coaxiales (2, 3) para recibir dicho dispositivo, que comprende:

- un cuerpo cilíndrico hueco (10) que se extiende según un eje de alargamiento (XX') ,

- un casquillo de apoyo (20) dispuesto en un extremo proximal (10a) del cuerpo hueco (10) y contra el cual uno de los elementos estructurales (4, 5) está destinado a reposar en la posición de fijación del dispositivo (1) ,

- un espárrago fileteado de tracción (40) que atraviesa el cuerpo hueco (10) coaxialmente a éste y destinado a ser introducido en los taladros coaxiales (2, 3) respectivos de los elementos estructurales (4, 5) a fijar,

- medios de apriete ligados al espárrago fileteado de tracción y destinados a mantener los elementos estructurales (4, 5) uno contra el otro, comprendiendo los medios de apriete, al menos, un capuchón tubular amovible (50) adaptado para ser montado sobre un extremo fileteado proximal (40a) del espárrago de tracción

(40) y que puede ser compactado axialmente de forma local bajo el efecto de una fuerza ejercida sobre dicho espárrago de tracción de manera que se forme un collarín radial (100) destinado a coger los elementos estructurales (4, 5) emparedados entre este último y el casquillo de apoyo (20) , caracterizado porque

- incluye una vaina (30) que presenta un reborde de apoyo (36) sobre el cual reposa el capuchón tubular (50) y que permite la formación del collarín radial (100) a distancia de los elementos estructurales.

- 2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el capuchón tubular (50) está provisto localmente de una zona debilitada mecánicamente (55) destinada a formar el collarín (100) bajo el efecto de la fuerza de tracción axial ejercida sobre el espárrago (40) .

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la zona debilitada mecánicamente (55) está definida por una reducción de espesor (56) del capuchón tubular (50) adaptada para deformarse radialmente hacia el exterior, a una distancia determinada (F) del casquillo de apoyo (20) para formar el collarín (100) por expansión.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el capuchón tubular (50) es cilíndrico y está roscado sobre un extremo proximal (40a) del espárrago de tracción (40) .

5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la vaina (30) presenta un taladro interno axial de forma poligonal (31a) , por ejemplo hexagonal, adaptado para cooperar estrechamente con una forma poligonal (57) correspondiente dispuesta sobre una porción distal externa (50b) del capuchón tubular (50) de manera que se bloquee este último en rotación con respecto a dicha vaina (30) .

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado porque la vaina (30) presenta un diámetro externo Df sensiblemente igual al diámetro externo De1 del capuchón tubular (50) .

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la vaina (30) presenta, sobre la mayor parte de su longitud, un diámetro externo Df adaptado para deslizar con un juego mínimo en el interior de un orificio (24) circular dispuesto en el casquillo de apoyo (20) .

8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizado porque la vaina (30) está provista, más allá de la porción de diámetro Df, en la dirección de su extremo distal (30b) , de un resalto (34) destinado a venir a apoyare sobre la cara interna extrema (25) del casquillo (20) , estando dicho resalto (34) , a su vez, taladrado por varios orificios radiales (35) que permiten alojar un sistema de bloqueo en traslación (60) de la vaina (30) con respecto al espárrago de tracción (40) .

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema de bloqueo en traslación (60) incluye bolas (62) que cooperan con una garganta anular (44) realizada en el espárrago fileteado (40) y que tiene un diámetro igual al diámetro externo Df3 de la vaina (30) medido al nivel de su extremo distal y minorado aproximadamente una vez el diámetro de la bolas (62) de suerte que las bolas pueden retraerse en la garganta (44) sin sobrepasar dicho diámetro Df3.

10. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema de bloqueo en traslación (60) está constituido por un casquillo hendido (162) solidario de la vaina (30) y que incluye varios segmentos (163) separados por ranuras (164) de manera que se forman lengüetas radialmente elásticas cuyos extremos (165) presentan salientes radiales de forma pseudotórica que pueden escamotearse en la ranura circular (44) .

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque la garganta anular (44) presenta, sobre su borde distal, un chaflán cónico (47) destinado a guiar el movimiento radial de las bolas (62) o de los extremos (165) del casquillo hendido (162) durante su entrada/salida de dicha garganta (44) bajo el efecto del desplazamiento axial del espárrago de tracción (40) .

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el capuchón tubular (50) presenta en su extremo abierto (50b) , un chaflán exterior (51) destinado a cooperar con un chaflán cónico (36) correspondiente dispuesto en el extremo proximal (30a) de la vaina (30) .

13. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el capuchón tubular (50) presenta un extremo proximal cerrado (50a) y un fileteado interior (52) destinado a cooperar con un fileteado exterior (41) realizado al nivel del extremo proximal (40a) del espárrago de tracción (40) .

14. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye, además, un actuador de roscado (70) montado en el extremo distal (40a) del espárrago de tracción (40) para hacer deslizar aquél axialmente, en particular, durante la formación del collarín radial (100) .

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque el actuador (70) está constituido por una pieza cilíndrica hueca taladrada de parte a parte por un orificio axial (71) dotado, en un extremo proximal (71a) , de un fileteado interior (72) destinado a cooperar con un fileteado exterior (46) del espárrago de tracción (40) .

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque el orificio axial (71) del actuador (70) incluye, igualmente, un resalto interno (73) de diámetro superior al diámetro del roscado (72) de manera que sirva de superficie de apoyo a un tornillo de retención (90) fijado en un orificio interno fileteado (47) dispuesto al nivel del extremo distal (70b) del espárrago de tracción (40) .

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado porque el orificio axial (71) del actuador (70) forma, al nivel de su extremo distal (71a) , una superficie interior cilíndrica (74) de diámetro interior superior al diámetro del fileteado interior (72) de suerte que el tornillo de bloqueo (90) puede ser introducido por este alojamiento.

18. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo hueco

(10) presenta, al nivel de su extremo proximal (10a) , un fileteado externo (12) que coopera con un fileteado interno

(22) del casquillo de apoyo (20) .

19. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo hueco

(10) incluye, próximo a su extremo proximal (10a) , una cazoleta interna (11) de fondo con acuerdo curvo (11a) .

20. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque el cuerpo hueco (10) incluye, próximo a su extremo proximal (10a) , una cazoleta interna (11) cilíndrica de fondo plano y apta para recibir un casquillo de desgaste (11b) amovible e intercambiable de fondo con acuerdo curvo (11a) .

21. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye medios de estanqueidad (26) llevados por el casquillo de apoyo (20) , por ejemplo una junta tórica alojada en una garganta anular interna (25) .

22. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye, en el interior del cuerpo hueco (10) , un órgano compresible que asegura la función de resorte de compresión (80) .

23. Dispositivo según la reivindicación 22 y una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque el órgano compresible, por ejemplo arandelas Belleville, se apoya contra un resalto interno (14) del cuerpo hueco (10) por un lado y en el extremo proximal (70a) del actuador (70) por el otro.

24. Procedimiento de fijación provisional destinado al preensamblado de al menos dos elementos estructurales (4, 5) previamente dotados de taladros coaxiales (2, 3) y que incorpora un dispositivo (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye las etapas que consisten en

- realizar medios de apriete de los elementos estructurales (4, 5) bajo la forma de un collarín radial (100) , a distancia de dichos elementos, principalmente de los taladros (2, 3) ,

- a continuación, llevar el collarín (100) a hacer contacto con dichos elementos.

25. Procedimiento según la reivindicación 24, caracterizado porque el collarín (100) está realizado sobre un capuchón tubular (50) adaptado para ser montado de manera amovible sobre un espárrago de tracción (40) del dispositivo (1) y provisto de una zona debilitada mecánicamente (55) que se deforma radialmente por expansión para formar dicho collarín (100) .