PIEZA DE TRANSMISIÓN DE FUERZA REFORZADA.

Pieza de transmisión de fuerza (1), que comprende un cuerpo (2) de un material con refuerzo de fibras anisótropo,

y un elemento de refuerzo (3) unido con acoplamiento de forma y/o acoplamiento forzado, en el que está realizada, como mínimo, una rosca (4), mediante la cual se puede transferir una fuerza axial, de manera que el cuerpo (2) de un material con refuerzo de fibras envuelve, como mínimo parcialmente, el elemento de refuerzo (3), y/o es rodeado, como mínimo parcialmente, por el elemento de refuerzo (3), caracterizado porque el elemento de refuerzo (3) está constituido por un casquillo a base de un material sintético isotrópico y/o homogéneo, el cual está conectado al cuerpo (2), realizado en un material reforzado por fibras y anisótropo

Pieza de transmisión de fuerza reforzada La presente invención se refiere a una pieza para la transmisión de fuerza, que tiene un cuerpo realizado a base de un material reforzado con fibras, según la parte introductoria de la reivindicación 1. Estas piezas de transmisión de fuerza tienen, como mínimo, una rosca interna o una rosca externa, para poder transmitir una fuerza que actúa en sentido axial. Se pueden fijar mediante uno o varios filetes de rosca de manera conjugada de forma y pueden ser realizadas como pieza de montaje y/o de fijación temporal o permanente, por ejemplo, como tuerca, acoplamiento, grillete, adaptador, tensor, herramienta de instalación, perno o similares y puede formar también parte en sí misma de una pieza a trabajar.

Estas piezas para la transmisión de fuerza pueden ser utilizadas en relación con anclajes, por ejemplo, en minería o en la realización de túneles o en refuerzos de elementos constructivos. De manera habitual, son fijados o roscados en perfiles dotados de protección contra la corrosión o realizados en un material reforzado con fibras o sobre otras piezas constructivas en forma de perfiles.

La pieza en bruto para una pieza de transmisión de fuerza será fabricada por arrollado de fibras sin fin transversalmente al eje longitudinal de la rosca, posteriormente reticuladas/empapadas por el exterior con una resina sintética y conformadas de forma hexagonal, después de lo cual es conformada la rosca interna de material sintético.

No obstante, también estas piezas de transmisión de fuerza fabricadas a base de un material reforzado con fibras (FVW) presentan importantes inconvenientes en comparación con las soluciones a base de acero. Así, por ejemplo, el cuerpo de la tuerca cede con mayor facilidad bajo la acción de una carga, de manera que en especial, en la combinación de una tuerca con una rosca exterior de material sintético sobre un elemento de perfil reforzado con fibras, las fuerzas que se pueden alcanzar a plazo corto en una solicitación axial y la transmisión resultante de presión en la cara frontal de la tuerca son relativamente pequeños. En este caso, la tuerca se ensancha perpendicularmente al eje de la rosca, con lo que puede deslizar o saltar sobre los filetes de la rosca.

Por otra parte, también los esfuerzos de retención a largo plazo conducen por desacoplamiento de los apareamientos de materiales, a causa de su deformación elastoplástica, a una pérdida adicional de capacidad de esfuerzo. En este caso, el cuerpo de la tuerca se ensancha radialmente de forma elástica y finalmente también de forma plástica, de manera que el diámetro de la rosca de la tuerca se hace más grande, hasta que desliza y salta sobre los filetes de rosca.

Bajo la acción de cargas elevadas, la rosca del perno puede sufrir también importantes daños o quedar completamente destruida. El nivel máximo de carga que se puede alcanzar en una tuerca de material sintético se encuentra, de manera dependiente del número de filetes de rosca, en el 25-30% de una tuerca de acero sobre un perfil de fibra, en 45-65% de la carga de rotura teórica del perfil de fibra.

En uniones roscadas convencionales de acero y tuercas homogéneas de acero con elevada rigidez y con estiramiento notable, por encima del nivel de tracción del material, se dimensiona la tuerca habitualmente de forma tal que en todos los casos destruye la rosca de acero de un anclaje o rompe el anclaje/perfil (en roscas) . Además, se dimensiona constructivamente la carga mínima de estirado de la tuerca por encima de la carga mínima de rotura del perno.

El hecho de que estas dos gamas de carga (carga mínima de estirado y carga mínima de rotura) en un perfil de acero alcancen solamente 50% hasta 75% de la carga de rotura en un perfil sintético reforzado con fibras, era suficiente para la unión del material sintético el alcanzar el nivel de carga convencional del acero. No obstante, era deseable en algunos casos concretos de utilización, que la carga máxima (carga útil y carga de rotura de la tuerca) se encontrara en el rango de la carga de rotura del perfil de fibras.

Por el documento DE 35 18 089 A1 se conoce una pieza de transmisión de fuerza que presenta un cuerpo de un material anisótropo reforzado por fibras, en la que la pieza de transmisión de fuerza presenta, como mínimo, una rosca, mediante la cual se puede transmitir un esfuerzo axial. En este caso, la rosca dispuesta en el material reforzado con fibras es continuada por una rosca realizada en acero. Esta forma constructiva es, no obstante, relativamente complicada y tiene una mayor necesidad de espacio disponible en dirección axial, lo que es un inconveniente significativo, especialmente en minería o en construcción de túneles.

Por el documento DE 36 40 208 A1 se conoce, de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1, una pieza de transmisión de fuerza en forma de una tuerca roscada realizada en un material reforzado con fibras que presenta un cuerpo de un material reforzado con fibras anisótropo, así como un elemento de refuerzo unido por forma conjugada, realizado en un material sintético anisótropo. En el elemento de refuerzo, está dispuesta una rosca mediante la cual se puede transmitir un esfuerzo axial. El elemento de refuerzo está rodeado en este caso por el cuerpo de material reforzado con fibras.

Por el documento EP 1 447 205 A2 se conoce una pieza de transmisión de fuerza del tipo indicado al principio. En este caso, en un dispositivo de transmisión de esfuerzo realizado como pieza constructiva híbrida, un elemento postizo de metal está rodeado por una estructura de un material sintético reforzado por fibras. En el elemento postizo de metal como elemento de refuerzo de material isótropo, se prevé para transmisión de esfuerzo una rosca que actúa para recibir tornillos metálicos, tal como se habría descrito ya en principio anteriormente en la tesis doctoral de Frank Trinter (“Zur Festigkeit von Schraubenverbindungen an Bauteilen aus SMC” Universität-Gesamthochschule Kassel 1991 / F&E-Vorhaben AiF12485N) . Un elemento postizo de metal comporta un peso relativamente elevado, así como el peligro de corrosión. Las piezas que se dan a conocer en el documento EP 1 447 205 A2 actúan para la unión de estructuras planas y delgadas, del tipo de chapas, por lo que la transmisión de fuerza desde la pieza de transmisión de fuerza a la parte constructivamente circundante tiene lugar básicamente de forma radial y con la expansión plana del plano principal de las chapas a unir u otras piezas constructivas similares.

Es objetivo de la presente invención, por lo tanto, el conseguir una pieza de transmisión de fuerza mejorada del tipo inicialmente indicado, a base de un material reforzado con fibras, que puede transmitir esfuerzos especialmente elevados con una construcción simple, en la que, no obstante, se evite el desgaste rápido de la rosca con la que está conectada en caso de cargas elevadas y variables, de manera que después de una descarga, las piezas unidas entre sí con intermedio, como mínimo de una rosca, se pueden todavía roscar fácilmente. Asimismo, la pieza de transmisión de fuerza requiere solamente un espacio reducido, en especial en dirección axial.

Este objetivo se consigue, según la invención, con la pieza de transmisión de fuerza, según la reivindicación 1. Se dan a conocer otros desarrollos adicionales ventajosos de la invención en las reivindicaciones dependientes.

Es esencial para la solución que es objeto de la invención, que el elemento de refuerzo esté realizado en un material sintético isótropo y/o homogéneo, que está unido con el cuerpo del material anisótropo reforzado con fibras y que el elemento de refuerzo esté constituido por un casquillo.

La ventaja principal se encuentra en el hecho de que se alcanza transversalmente con respecto al eje una resistencia tangencial especialmente elevada, así como una elevada resistencia de la pieza de transmisión de fuerza. Mediante la disposición de un elemento de refuerzo adicional realizado en un material sintético homogéneo, la pieza de transmisión de fuerza es reforzada de manera tal que la zona de contacto y superficie de la rosca dispuesta en el elemento de refuerzo de la pieza de transmisión de fuerza presenta una resistencia mecánica sensiblemente más elevada contra deformaciones y destrucción y que la pieza de transmisión de fuerza realizada en este tipo de material híbrido, para un peso más reducido, presente rigidez contra la deformación y simultáneamente resistencia mecánica y... [Seguir leyendo]

1. Pieza de transmisión de fuerza (1) , que comprende un cuerpo (2) de un material con refuerzo de fibras anisótropo, y un elemento de refuerzo (3) unido con acoplamiento de forma y/o acoplamiento forzado, en el que está realizada, como mínimo, una rosca (4) , mediante la cual se puede transferir una fuerza axial, de manera que el cuerpo (2) de un material con refuerzo de fibras envuelve, como mínimo parcialmente, el elemento de refuerzo (3) , y/o es rodeado, como mínimo parcialmente, por el elemento de refuerzo (3) , caracterizado porque el elemento de refuerzo (3) está constituido por un casquillo a base de un material sintético isotrópico y/o homogéneo, el cual está conectado al cuerpo (2) , realizado en un material reforzado por fibras y anisótropo.

2. Pieza de transmisión de fuerza, según la reivindicación 1, caracterizada porque, como mínimo, un fileteado de rosca está formado en el interior del material reforzado por fibras (2) , que está recubierto, por lo menos parcialmente, por un manguito (3) , presentando dicho manguito (3) igualmente una estructura del tipo de rosca en el lado opuesto al material reforzado por fibras (2) .

3. Pieza de transmisión de fuerza, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el manguito (3) presenta una rosca interior (4) y está rodeado por el cuerpo (2) de la parte de transmisión de fuerza (1) .

4. Pieza de transmisión de fuerza, según la reivindicación 3, caracterizada porque el manguito (3) presenta una rosca exterior (13) , por medio de la cual puede acoplarse por roscado en el material reforzado por fibras (2) .

5. Pieza de transmisión de fuerza, según la reivindicación 3, caracterizada porque el manguito (3) presenta varios salientes, en particular, nervios (5) o aristas (12) , que sobresalen hacia el exterior y que quedan retenidas por acoplamiento de forma en el material reforzado por fibras (2) .

6. Pieza de transmisión de fuerza, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el casquillo (3) tiene una rosca externa y rodea el cuerpo (2) de la pieza de transmisión de fuerza (1) .

7. Pieza de transmisión de fuerza, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el manguito

(3) presenta un cuello (6) que sobresale radialmente, por lo menos, en una superficie frontal de la parte de transmisión de fuerza (1) .

8. Pieza de transmisión de fuerza, según la reivindicación 7, caracterizada porque la transición entre el manguito (3) y el cuello (6) está redondeada o achaflanada.

9. Pieza de transmisión de fuerza, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque elementos de refuerzo complementarios (9) a base de un material homogéneo, están dispuestas sobre una superficie frontal de la parte de transmisión de fuerza (1) .

10. Pieza de transmisión de fuerza, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el cuerpo (2) presenta fibras que discurren en dirección periférica, que están embebidas preferentemente en forma de fibras arrolladas en una matriz de resina sintética.

11. Pieza de transmisión de fuerza, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque una armadura (8) queda dispuesta de forma suplementaria en el cuerpo (2) .

12. Pieza de transmisión de fuerza, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque presenta una forma, como mínimo, aproximadamente de cilindro hueco, cuya relación entre longitud y diámetro exterior es superior a 1 y preferentemente superior a 1, 5.

13. Pieza de transmisión de fuerza, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está construida en forma de tuerca expandible, la cual está dotada en un extremo de una cabeza (7) que sobrepasa radialmente hacia el exterior.

14. Utilización de una pieza de transmisión de fuerza, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la transmisión de una fuerza axial, caracterizada porque está roscada como tuerca sobre una barra fileteada a base de un material reforzado con fibras, en particular, sobre una barra de anclaje reforzada con fibras para el anclaje en aplicaciones de minería o construcción de túneles.