Sistema para mantenimiento de la precarga de uniones de piezas de tipo embridado y procedimiento asociado para montar una unión.

Se proporciona un sistema para mantenimiento de precarga de uniones de piezas de tipo embridado con un perno (P) y dos piezas (B1,

B2), que consta de medios de tuerca (10) con roscado interior(100) según un eje de roscado (e) y medios de arandela (11) para insertar en el perno. Los medios de tuerca (10) presentan una superficie inferior biselada (101) formando un ángulo agudo (Xo) con la perpendicular a su eje de roscado (e) y una porción de guiado (102), coaxial a dicho eje de roscado (e) y que se extiende en una longitud (L1) desde el borde interior de la porción biselada; presentando los medios de arandela (11) una embocadura abocardada (110) con igual inclinación que el bisel (101) y una extensión radial igual o mayor al bisel, la embocadura se prolonga a través de un orificio de guía cilíndrico (111) que se extiende en una longitud (L2) menor o igual la longitud (L1) de la porción de cuello (102) de la tuerca. En estado de cierre del sistema (1), el bisel yace apoyado en la embocadura de la arandela y la porción de cuello (102) introducida en el orificio cilíndrico de guía (111), distribuyendo el esfuerzo de la precarga en sus componentes normal y axial.

Sistema para mantenimiento de la precarga de uniones de piezas de tipo embridado y procedimiento asociado para montar una unión.

Ambito y técnica anterior

La presente invención se refiere de manera general a un sistema para mantenimiento y gestión de la precarga o pretensado en una unión entre piezas de tipo embridado, utilizando elementos de unión tales como tornillos, espárragos, pernos, tuercas o piezas equivalentes.

En numerosos sectores industriales se requieren uniones entre piezas de distintas dimensiones. De manera tradicional estas uniones se realizan mediante medios de unión tales como tornillos, espárragos, pernos, tuercas, etc., que se cierran mediante tracción bien sea a través de la aplicación de un par o por aplicación de la precarga directamente con dispositivos tensionadores/traccionadores, hasta obtener la elongación necesaria del tornillo, espárrago, perno que garantice un valor de pretensado elegido para la unión.

Cuando la precarga se aplica con dispositivos tensionadores, como se ha mencionado, la zona roscada de los tornillos, espárragos o equivalentes es directamente estirada para alcanzar el objetivo de cierre y precargado de la unión. Pero aquí se plantea como problema, las pérdidas de precarga cuando cesa la presión ejercida por el dispositivo tensionador que pueden superar el 40% del valor inicialmente aplicado, provocando que las uniones tan solo proporcionen el 60% o menos de la capacidad total del tornillo, espárrago o similar, siendo habitual una estabilización de la precarga comprendida entre el 40 y 55% de la capacidad total, ya sea aplicada la precarga mediante par o a tracción.

Las perdidas de precarga son causadas principalmente por las siguientes razones:

- deformación plástica o elástica en bridas;

- deformación plástica o elástica permanente de los roscados;

- relajación entre componentes, bridas, roscados, etc.;

-tolerancias geométricas del estampado o mecanizado de los componentes de unión, paralelismo, perpendicularidad, etc.;

- rugosidades en mecanizados;

- elasticidad o rigidez de la unión.

Varias de las causas que provocan la pérdida de precarga, pueden corregirse mediante la elección de materiales, acabados de mecanizado, dimensionado, etc. En las uniones típicas, además de la relajación entre piezas, existen fundamentalmente dos parámetros que provocan pérdidas de la precarga de hasta el 60% de la aplicada, como son las deformaciones elásticas permanentes provocadas por la propia precarga en las piezas que componen la unión y las geométricas.

Cuando las uniones se someten a carga, dicha carga se trasmite del tornillo, espárrago o análogo a la tuerca o pieza similar, esencialmente en los cuatro primeros filetes de ambos que se encuentra en contacto. Teniendo en cuenta que los ángulos de filete oscilan entre 60 y 55º (tornillos métricos, tornillos SAE, roscado Whitwort) aparecen deformaciones elásticas de expansión, así como también en la correspondiente arandela de apoyo, provocando pérdidas importantes de precarga que se suman a las provocadas por las tolerancias geométricas de mecanizado que principalmente inciden en la perdida los paralelismo y perpendicularidad entre las piezas que constituyan la unión.

Además de las referidas pérdidas de precarga, en función de la aplicación de la unión, pueden aparecer problemas de desapriete, debidos a vibraciones, dilataciones/contracciones debidas a la temperatura, etc. Este problema generalmente se resuelve con técnicas de autobloqueo, aplicado a cualquiera de las piezas a unir, siendo las más utilizadas:

- insertos de Nylon u otros materiales en las tuercas o piezas similares.

- deformación de hilos en tuercas, tornillos, etc.

- generación del roscado en la hembra por tornillos con geometrías o roscados diseñados específicamente;

- depósito en las roscas de “pach” o elementos químicos con función adherente principalmente además de otras.

Conforme a lo anteriormente descrito se plantea como problema técnico a resolver, una reducción de pérdidas de precarga, compatible con las técnicas de bloqueo o desapriete en las uniones antes mencionadas. De lo que resulta conocido de los solicitantes, no existen sistemas de este tipo que permitan solucionar la problemática anteriormente descrita.

Sumario de la invención De acuerdo con el estado de la técnica precedentemente descrito, la invención se plantea el desarrollo de un sistema para mantenimiento/bloqueo de la precarga en uniones con el siguiente objetivo:

- proporcionar uniones con altos requerimientos en precarga;

- proporcionar uniones con requerimiento conjunto de precarga y desapriete;

- proporcionar uniones con bajo requerimiento en precarga y altos en desapriete;

- regulación de la tensión aplicada a las uniones de componentes blandos manteniendo altas precargas en el perno, tornillo o similar.

Este objetivo se alcanza a través de un sistema de mantenimiento/bloqueo de la precarga de una unión de tipo embridado conforme a las características indicadas en la reivindicación 1. Otras ventajas y objetivos adicionales se consiguen a través de las características indicadas en las reivindicaciones dependientes.

El sistema para mantenimiento de la precarga de uniones de piezas mediante pernos o análogos consta de unos medios de tuerca con un rosca interior según un eje de roscado y unos medios de arandela para insertar en el respectivo perno, se caracteriza conforme a la invención porque:

- los medios de tuerca están previstos con una superficie inferior en forma de bisel que forma un ángulo agudo con la perpendicular a su eje de roscado y una porción de guiado en forma de cuello cilíndrico, coaxial a dicho eje de roscado y que se extiende en una determinada longitud a partir del borde interior de la porción biselada; y

- los medios de arandela están previstos con una embocadura abocardada en forma de plano inclinado con un ángulo igual al del bisel y una extensión radial igual o mayor al bisel de medios de tuerca, y cuya embocadura se prolonga a través de un orificio de guiado cilíndrico que se extiende en una longitud menor o igual la longitud de la porción de cuello de los medios de tuerca, de manera que cuando dichos medios de tuerca se cierran para mantener el pretensado aplicado al tornillo, el bisel yace apoyado en la embocadura de la arandela y la porción de cuello introducida en el orificio cilíndrico de guiado, para así distribuir el esfuerzo de la precarga en sus componentes normal y axial reduciendo las pérdidas de precarga tanto debidas a deformaciones elásticas en las roscas y las perdidas de precarga debidas a falta de perpendicularidad y paralelismo.

Según una característica adicional de la invención, tanto el ángulo del bisel y de embocadura como las longitudes del cuello de guiado y del orificio de guía, se eligen a partir de los requerimientos específicos de la unión respecto de precarga y desapriete. De conformidad con una característica adicional de la invención, el sistema se proporciona, de manera ventajosa, con los medios de tuerca y la arandela formando un conjunto inseparable.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un procedimiento de montaje de una unión de tipo embridado con mantenimiento de la precarga de dicha unión.

Este objetivo se alcanza a través de las características indicadas en la reivindicación 5. Otras características se consiguen a través de las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 5.

El procedimiento para montar una unión con un perno y dos piezas en forma de brida que comprende etapas de:

- montar el perno en las bridas;

- insertar unos medios de arandela y unos medios de tuerca en el perno apoyando contra una de la bridas;

- aplicar una precarga deseada para la unión, elongando el perno mediante tracción; y

- apriete de los medios de tuerca para cerrar el intersticio entre los medios de tuerca y los medios de arandela generados por la elongación de perno; y se caracteriza conforme a la invención porque: los medios de tuerca y los medios de arandela están previstos conforme al sistema de las reivindicaciones 1 a 4.

De acuerdo con una característica adicional de la invención, resulta ventajoso para llevar a cabo el procedimiento utilizar un dispositivo traccionador con columnas de reacción que apoyan bien contra una de las bridas, bien contra los medios de arandela.

Breve descripción de los dibujos Otras características y ventajas de la invención resultarán más claramente de la descripción que sigue realizada con la ayuda de...

1. Sistema para mantenimiento de la precarga de uniones de piezas de tipo embridado, con un perno (P) o análogo y al menos dos piezas a unir en forma de brida (B1, B2) , constando dicho sistema (1) de unos medios de tuerca (10) con un rosca interior (100) según un eje de roscado (e) y unos medios de arandela (11) para insertar en el respectivo perno, caracterizado porque:

- los medios de tuerca (10) están previstos con una superficie inferior en forma de bisel (101) que forma un ángulo agudo (Xo) con la perpendicular a su eje de roscado (e) y una porción de guiado (102) en forma de cuello cilíndrico, coaxial a dicho eje de roscado (e) y que se extiende en una determinada longitud (L1) a partir del borde interior de la porción biselada; y

- los medios de arandela (11) están previstos con una embocadura abocardada (110) en forma de plano inclinado con un ángulo igual al del bisel (101) y una extensión radial igual o mayor al bisel de medios de tuerca, y cuya embocadura se prolonga a través de un orificio de guía cilíndrico (111) que se extiende en una longitud (L2) menor o igual la longitud (L1) de la porción de cuello (102) de los medios de tuerca, de manera que cuando dichos medios de tuerca se cierran para mantener el pretensado aplicado mediante elongación del perno, el bisel yace apoyado en la embocadura de la arandela y la porción de cuello (102) introducida en el orificio cilíndrico de guía (111) , distribuyendo el esfuerzo de la precarga en sus componentes normal y axial, que afectan a las pérdidas de precarga tanto debidas a deformaciones elásticas en las roscas y a las pérdidas de precarga debidas a falta de perpendicularidad y paralelismo.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de tuerca (10) y los medios de arandela (11) son piezas independientes.

3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de tuerca (10) y los medios de arandela (11) se proporcionan formando un conjunto inseparable.

4. Procedimiento para montar una unión con un perno (P) y dos piezas en forma de brida (B1, B2) que comprende etapas de:

- montar el perno en las bridas;

- insertar unos medios de arandela (11) y unos medios de tuerca (10) en el perno (P) apoyando contra una de la bridas (B1) ;

- aplicar una precarga (Pr) deseada para la unión, elongando el perno mediante tracción de manera; y

- apriete de los medios de tuerca (11) para cerrar el intersticio entre los medios de tuerca y los medios de arandela generados por la elongación de perno; caracterizado por que: los medios de tuerca y de arandela están previstos conforme al sistema de las reivindicaciones 1 a 4.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque para la elongación del perno se utiliza un dispositivo traccionador (TR) con columnas de reacción (C1, C2) que apoyan bien contra una brida (B1) , bien contra los medios de arandela (11) .

6. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque está prevista una etapa adicional en la que, a partir de los requerimientos específicos de la unión respecto de precarga y desapriete, se eligen tanto el ángulo (Xo) del bisel y la de embocadura como las longitudes (L1, L2) del cuello de guiado y del orificio de guía.