SISTEMA DE PRECARGA DE UNIONES, MANTENIMIENTO DE LA PRECARGA Y MÉTODO DE FUNCIONAMIENTO.

Sistema de precarga de uniones, mantenimiento de la precarga y método de funcionamiento que comprende una carcasa (9) con un émbolo (10) a modo de cilindro hidraúlico,

situados por encima de una serie de pistones; unos pistones (1), con o sin posicionador (3); un anclaje (2') a precargar, a través del cual los pistones (1) transmiten la fuerza; un sistema de fijación y mantenimiento de la precarga y una arandela base (7). Pudiendo ser el anclaje a precargar tipo tornillo, tuerca, espárrago, perno... y el sistema de mantenimiento de la precarga puede ser con galgas, arandelas... o comprender una contratuerca (11) roscada al anclaje (2') que, cuando está soportando el alargamiento, apoya sobre la arandela base (7).

Sistema de precarga de uniones, mantenimiento de la precarga y método de funcionamiento.

Sector técnico de la invención

La presente invención se encuadra dentro de las herramientas, útiles o sistemas mecánicos para llevar a cabo la precarga de uniones, independientemente de que el elemento de unión sea un tornillo, un espárrago, un perno o cualquier equivalente.

Antecedentes de la invención

Existe una gran cantidad de sectores industriales que requieren la unión de varios elementos de distintas dimensiones. Un ejemplo pueden ser las uniones realizadas para el montaje de aerogeneradores, en las que se utilizan métricas de tornillo de mayores de M62, plataformas petrolíferas, oleoductos o grandes motores. O uniones de elementos más pequeños en sectores como la aeronáutica, la automoción, el transporte ligero...

Hasta ahora, la forma de realizar una unión de estas características es mediante traccionado, aplicando de un adecuado par de apriete. Teniendo en cuenta las dimensiones que se manejan en algunos casos, los pares de apriete son enormes y por lo tanto, los utillajes para aplicar tal par son muy pesados y peligrosos para la persona que los manipula.

Otra limitación de estos sistemas de aplicación de la precarga por medio de un par torsor, se presenta cuando las partes de la unión están muy cercanas entre sí, hecho este que hace imposible utilizar las herramientas de aplicación de par por la limitación de espacio físico disponible, lo que obliga a la utilización de traccionadores especiales con la complejidad de su uso que ello lleva aparejado.

Otro problema que se plantea es que estos traccionadores mecánicos no permiten alcanzar el nivel requerido de precarga por el método de par de apriete. El resultado que se obtiene de apretar una unión con estos medios es que se consigue pretensar el elemento de unión (tornillo, perno, etc) pero no se consigue conferir a dicho elemento una precarga que se mantenga con el tiempo.

Además, en estos traccionadores se debe controlar el par de apriete de cada una de las piezas que componen el sistema. Una vez que todas ellas, manipuladas individualmente, absorben el par de apriete correcto, entonces se sabe así que ya se ha alcanzado el nivel de tracción requerido para la unión. Pero para garantizar el apriete adecuado de todos los tornillos puede hacer que sea necesario aplicar, a cada tornillo, la herramienta de control de par en múltiples ocasiones, para comprobar la influencia de cada apriete sobre los demás y poder contrarrestarlo.

Otro problema más viene ocasionado por el rozamiento entre los elementos de la unión, que hace que la presión de la precarga introducida no pueda garantizarse, por lo que la dispersión de resultados entre unas y otras uniones sea notable.

También existen traccionadores hidráulicos, los cuales tensionan las uniones pero aportan relajación debido a su sistema, con lo que provocan importantes pérdidas de precarga.

También existen los sistemas con tuercas o tensores hidráulicos para apretar uniones pero que se descartan por su inviabilidad económica.

A la vista de estos inconvenientes y problemas existentes en el estado de la técnica, el mismo solicitante, con fecha presentó una invención denominada “Sistema de fragmentación de la fuerza de acción mediante elementos intermedios transmisores de la misma a través de un anclaje para precargar uniones”, bajo el número de solicitud P200901702.

En dicha realización inventiva, se reivindica un sistema por medio del cual se puede garantizar que los elementos pretensados que intervienen en una unión quedan perfectamente precargados, evitando el problema de que la unión pueda zafarse o que, por un exceso de tracción, los componentes de la unión puedan terminar deteriorándose o rompiéndose.

El sistema diseñado y reivindicado en la patente principal P200901702 está pensando para uniones de cualquier tipo y de cualquier dimensión.

Se trata de un sistema basado en el uso de una serie de componentes específicamente diseñados que, debidamente montados, hacen que se pueda garantizar completamente la precarga definida para cada unión individual en la totalidad de las uniones que se realicen.

El sistema de dicha invención comprende un anclaje perforado, que es la pieza de la unión sobre la que se aplica la precarga (puede ser un tornillo, una tuerca, un espárrago, un perno...) y una serie de pistones que se encargan de transmitir y repartir la carga a dicho anclaje. Estos pistones podrán ir sueltos o montados en un posicionador y se introducen a través de las perforaciones del anclaje de manera que se fragmenta o reparte entre ellos la fuerza necesaria para precargar la unión. La fuente de acción que proporciona la fuerza a los pistones puede ser mecánica, neumática, hidráulica, etc.

El mecanismo de actuación para que la precarga se mantenga en la unión de manera indefinida consiste en producir un alargamiento a la pieza de la unión o anclaje a precargar y mantener dicho alargamiento. Una vez que la fuerza necesaria para realizar la precarga se ha aplicado, el mantenimiento indefinido de la misma en el anclaje, pieza de unión sobre la que se ha aplicado la precarga, lo realiza el anclaje ayudado por arandelas, bridas, galgas o cualquier otro elemento equivalente que permita mantener la posición final establecida.

Para cada unión se diseñarán específicamente sus componentes, es decir, el anclaje, el posicionador de pistones, los pistones, bridas, galgas, arandelas, etc, dado que los alargamientos que las piezas requieren para su precarga varían en función de los diámetros, longitudes, materiales y diseño de las uniones. Ello, no obstante, no excluye la posibilidad de utilizar piezas estándar.

Con el uso de este sistema de precarga se ha detectado que, una vez precargada la pieza, con el paso del tiempo, se generan pérdidas en la precarga de valores considerables.

Ese problema técnico de pérdida de precarga es el que soluciona la invención que aquí se presenta.

Descripción de la invención

La invención consiste en un sistema para la precarga de uniones y el mantenimiento de la precarga en el tiempo.

La forma de precargar la unión consiste básicamente, en producir un alargamiento en la pieza a precargar (tornillo, tuerca, perno, espárrago...) y mantener dicho alargamiento en el tiempo, para que la precarga no desaparezca. Esta pieza a precargar, independientemente del tipo que sea, se denominará de ahora en adelante anclaje.

Para ello, el sistema comprende una serie de piezas diseñadas específicamente para cada unión. Concretamente, el sistema cuenta con una carcasa con un émbolo (a modo de cilindro hidráulico) , que trasmiten la fuerza necesaria para precargar la unión a una serie de pistones que se encuentran debajo del émbolo. Los pistones se pueden ubicar o no, en un posicionador de pistones. Cada uno de los pistones, cuando se les aplica la fuerza, se insertan en cada uno de los taladros del anclaje, si este es perforado, para trasmitir la fuerza.

Este anclaje se une, gracias a un roscado exterior, a la carcasa.

Al introducir el aceite bajo presión entre la carcasa y el émbolo se logra una fuerza de acción que se reparte por los pistones. Los pistones transmiten la fuerza al anclaje y, comienza el alargamiento de dicho anclaje (tornillo, tuerca, espárrago, perno...) .

Dicho alargamiento es el que origina la precarga en el anclaje, por ello se requiere que se mantenga en el tiempo. El mantenimiento de la precarga por un tiempo indefinido, y sin pérdidas, se logra a través del roscado de una contratuerca sobre el roscado exterior del anclaje, de manera que una vez que se ha logrado el alargamiento necesario gracias a la presión de los pistones, se rosca la contratuerca sobre dicho anclaje de manera que mantenga la elongación. También podría mantenerse este alargamiento con galgas u otros sistemas.

Hay que tener en cuenta que con este sistema se podrán aplicar precargas de hasta el 95% del límite elástico del elemento de la unión sin pérdida significativa de ésta, mientras que con los sistemas actuales se alcanzan precargas del 45 a 60% del límite elástico.

Breve explicación de las figuras

Seguidamente se explican las figuras relativas...

1. Sistema de precarga de uniones y mantenimiento de la precarga caracterizado por comprender los siguientes elementos: una carcasa (9) con un émbolo (10) situados por encima de una serie de pistones; unos pistones (1) , con o sin posicionador (3) ; un anclaje (2) a precargar, a través del cual los pistones (1) transmiten la fuerza; un sistema de fijación y mantenimiento de la precarga y una arandela base (7) .

2. Sistema de precarga de uniones según reivindicación 1 caracterizado porque el anclaje o pieza a precargar puede ser tipo tornillo, tuerca, espárrago, perno...

3. Sistema de precarga de uniones según reivindicación 1 caracterizado porque el sistema de fijación y mantenimiento de la precarga comprende una contratuerca (11) roscada al anclaje (2) y que, cuando está soportando el alargamiento, apoya sobre la arandela base (7) .

4. Método de funcionamiento del sistema de las reivindicaciones anteriores que comprende las siguientes fases:

Fase 1. Se introduce aceite entre la carcasa (9) y el émbolo (10) ; con la presión del aceite se desplaza el émbolo, el cual presiona los pistones (1) ;

Fas.

2. Los pistones (1) transmiten la fuerza a través del anclaje (2, 2’) y se va alargando a medida que se introduce el aceite, hasta conseguir el alargamiento necesario para lograr la precarga deseada;

Fas.

3. Una vez que se ha alcanzado la precarga deseada en el anclaje (2, 2’) , se mantiene con el sistema de mantenimiento del alargamiento y fijación de la precarga;

Fas.

4. Desmontaje de la carcasa (9) con su émbolo (10) y de los pistones (1) montados en el posicionador (3) , quedando el montaje en equilibrio, con la contratuerca (11) soportando el alargamiento o precarga elegida.

5. Método de funcionamiento del sistema de las reivindicaciones anteriores según reivindicación 3 caracterizado porque el sistema de mantenimiento del alargamiento y fijación de la precarga funciona roscando la contratuerca (11) al anclaje (2) hasta que se apoya en la arandela base (7) de forma que la contratuerca (11) no se mueve porque está roscada y se consigue mantener siempre fija la distancia que produce el alargamiento y en consecuencia la precarga elegida.