Elemento de fijación de rosca para uniones atornilladas y su utilización.

Elemento de retención para uniones atornilladas como una capa intermedia entre la cabeza del tornillo y el material de soporte y/o entre la tuerca y el material de soporte,

estando constituido el cuerpo de base del elemento por un material metálico, sobre cuya cara superior e inferior se fijan unas partículas de material duro, caracterizado por que las partículas de material duro se fijan mediante una fase de unión metálica, siendo el espesor de la fase de unión metálica como máximo aproximadamente del 60% del diámetro medio de la partícula de material duro, de tal modo que las partículas de material duro sobresalen de la fase de unión metálica, y presentando las partículas de material duro un diámetro máximo de 100 μm y un tamaño medio del grano D50 comprendido entre 8 y 35 μm.

Elemento de fijación de rosca para uniones atornilladas y su utilización ALCANCE DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una fijación mecánica de roscas en forma de un elemento de fijación de rosca para uniones atornilladas como capa intermedia entre la cabeza del tornillo y el material de soporte y/o entre la tuerca y el material de soporte así como la utilización de dicho elemento de fijación de rosca para uniones atornilladas duraderas, reversibles y sometidas a altas solicitaciones de carga.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las uniones atornilladas se emplean en todos los ámbitos de la construcción de maquinaria, de instalaciones y de vehículos, para obtener uniones por arrastre de fuerza. En particular en la solicitación de carga dinámica de las uniones atornilladas, muchas de las uniones atornilladas tradicionales no garantizan una seguridad suficiente contra un autoaflojamiento de las uniones atornilladas. Por lo tanto, se pretende prever medidas para asegurar las uniones atornilladas para que, con unas solicitaciones de carga altas y en particular dinámicas, se impida el autoaflojamiento de las uniones atornilladas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Existen diferentes fijaciones de rosca mecánicas comerciales. Como ejemplos de fijaciones de rosca pueden citarse el tornillo con brida dentada, el tornillo autobloqueante, la doble arandela NordLock, la arandela Teckenrup y la arandela Schnorr.

El tornillo con brida dentada (o asimismo la tuerca de brida dentada) descrito por ejemplo en el documento DE 25 56 985 A1 presenta un perfilado en la cara inferior de la cabeza del tornillo. A través de los dientes elásticos se establece en la reducida zona plástica de los soportes el efecto de fijación (efecto rodillo). En este caso no se emplea ninguna arandela de retención separada.

En la fijación de rosca NordLock (fijación contra el aflojamiento) se emplea un par de arandelas de fijación por cuña. Las arandelas presentan en su cara exterior unos nervios radiales y en su cara interior unas superficies de cuña, cuyo paso siempre es superior al paso de la rosca. Las arandelas pegadas por pares se disponen bajo la cabeza del tornillo y/o de la tuerca. Debido a los nervios radiales, al apretar se establece una unión positiva. El par de arandelas asienta sólidamente en su sitio y los desplazamientos únicamente son posibles entre las superficies de cuña. Tan pronto como se produce un giro reducido en el sentido del aflojamiento, como consecuencia del efecto cuña se produce un aumento de la fuerza de apriete, con lo que el tornillo se fija a si mismo. Un elemento de montaje para un par de arandelas de fijación por cuña NordLock se describe por ejemplo en el documento WO 2/31368 A1.

La arandela Schnorr es una arandela elástica entre la cabeza del tornillo y la pieza, que está dentada en su cara superior y en su cara inferior.

La arandela Teckentrup protege, mediante arrastre de fuerza y arrastre de forma (unión positiva), contra el aflojamiento de las uniones atornilladas. El arrastre de fuerza de la arandela Teckentrup se genera mediante la fuerza elástica. El arrastre de forma (unión positiva) lo obtiene la arandela Teckentrup mediante un gofrado superficial.

Algunas de dichas fijaciones de rosca han puesto de manifiesto su inutilidad, como es el caso en las arandelas Teckentrup y Schnorr (véanse ejemplos de comparación). La arandela Teckentrup y la arandela Schnorr no ofrecen ningún efecto de inmovilización contra el aflojamiento cuando se aplica una carga transversal. El par de arandelas NordLock adolece del inconveniente de que bajo solicitación de carga dinámica de las uniones atornilladas se produce una pérdida de la fuerza de pretensado mediante fijación y/o relajación, en particular con tornillos altamente resistentes de las categorías de resistencia 1.9 y 12.9 (véase ejemplo de comparación).

El tornillo autobloqueante es, como el tornillo de brida dentada, un sistema de bloqueo de la cabeza para el que no se precisa ningún elemento de fijación de rosca separado. El tornillo autobloqueante ofrece ciertamente un buen efecto de fijación de rosca, sin embargo adolece del inconveniente de que los dentados penetran en las capas opuestas, es decir en las superficies de los materiales de soporte, y de que ello origina un daño relativamente grande de las superficies de los materiales de soporte. Asimismo, los nervios de las arandelas NordLock penetran en las capas opuestas.

Un daño importante de la superficie del material de soporte repercute muy negativamente sobre la capacidad de reutilización del tornillo en sucesivos enroscados. La rugosidad superficial resulta fuertemente modificada, lo que provoca un aumento descontrolado de la fricción bajo la cabeza y con ello se modifica la fuerza de pretensado.

Asimismo, el tomillo de brida dentada ofrece un buen efecto de fijación de la rosca (véase al respecto el ejemplo de comparación 1).

Cuando se emplean tornillos de seguridad con bloqueo de la cabeza (tornillos de acero) en construcciones de metal ligero o de aluminio, que se someten a temperaturas de servicio de 11°C y superiores, los tornillos de acero se someten a unas cargas que provocan que se supere su límite elástico. Tras enfriarse hasta temperatura ambiente se producen unas elevadas pérdidas del establecimiento de la fuerza de pretensado.

Otro de los inconvenientes del que adolecen los sistemas con bloqueo de la cabeza es que en el caso de utilización múltiple, las tuercas y tornillos de bloqueo de la cabeza deben retirarse en las zonas del bloqueo.

Además, existen asimismo los sistemas de bloqueo de la rosca como por ejemplo el Spira-Lock (rosca de bloqueo con un diseño especial del perfil de la rosca). Estos sistemas adolecen del inconveniente de que deben emplearse tornillos lubricados secos al tacto, puesto que los coeficientes de fricción en el estado de no lubricado son superiores a p tot = ,25, mientras que la norma VDI 223 prevé un coeficiente de fricción de p tot = ,12.

Otra posibilidad para la fijación de rosca de los tornillos es el pegado mediante un material sintético líquido. Sin embargo, para ello se precisa un alto grado de limpieza, lo que conlleva unos costes superiores.

En el documento DE 4 38 557 C2 se describe una arandela de seguridad para uniones atornilladas, que comprende una lámina de papel, de plástico o de metal con un espesor de ,1 a ,3 mm con unas partículas duras adheridas sobre su cara superior e inferior. Las partículas duras son preferentemente unas partículas redondas de cerámica de óxido con un tamaño de 5 a 15 pm.

Una arandela de seguridad según DE 4 38 557 C2 se ha acreditado en la práctica. Las partículas redondas que se emplean en este caso favorecen el deslizamiento de las superficies de separación entre sí, lo que representa un inconveniente en lo que respecta al efecto de fijación de la rosca. La utilización de unas partículas de un tamaño de 5 a 15 pm origina un intersticio que puede influir negativamente sobre la uniformidad de los sustratos y sobre la planicidad de las superficies de contacto entre sí. Debido a la reducida resistencia al cizallamiento del pegamento existe además el problema de que durante el proceso de atornillado y del desplazamiento relativo que tiene lugar durante el mismo entre las partículas y las superficies, las partículas no permanecen en su posición original, lo que tiene como consecuencia una ocupación no homogénea e incontrolada de la superficie con partículas. Además de la forma de partícula esférica no apta, ello origina globalmente un efecto de fijación de rosca de mala calidad.

El documento EP 961 48 A1 (KEMPTEN ELEKTROSCHMELZ GMBH (DE), WACKER GMBH (DE)) describe un elemento de unión para la unión, con aumento de la fricción, de las piezas a ensamblar, que comprende una lámina elástica delgada, presentando la lámina en su superficie unas partículas de un tamaño definido. Estas partículas son de un material con una resistencia a la compresión y al cizallamiento que es superior a la de las piezas a ensamblar.

El documento EP 1 3 485 A1 (WACKER GMBH (DE)) describe una capa superficial transmisora de las fuerzas que está recubierta con unas partículas, que aumentan la fricción, en una matriz. Dicha matriz comprende una capa superior y una capa inferior, siendo la capa inferior una fase de unión metálica habitual para una fijación con aumento de la fricción, y la capa superior es otra fase de unión metálica con un espesor que depende del diámetro de las partículas.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN

Por lo tanto, la presente invención se plantea como objetivo proporcionar una fijación de rosca que, en lo relativo al efecto de fijación de rosca, sea por lo menos... [Seguir leyendo]

1- Elemento de retención para uniones atornilladas como una capa intermedia entre la cabeza del tornillo y el material de soporte y/o entre la tuerca y el material de soporte, estando constituido el cuerpo de base del elemento por un material metálico, sobre cuya cara superior e inferior se fijan unas partículas de material duro, caracterizado por que las partículas de material duro se fijan mediante una fase de unión metálica, siendo el espesor de la fase de unión metálica como máximo aproximadamente del 6% del diámetro medio de la partícula de material duro, de tal modo que las partículas de material duro sobresalen de la fase de unión metálica, y presentando las partículas de material duro un diámetro máximo de 1 pm y un tamaño medio del grano D5 comprendido entre 8 y 35 pm.

2- Elemento de retención según la reivindicación 1, caracterizado por que el material metálico del elemento de retención es acero, preferentemente acero para muelles, y más preferentemente acero para muelles con una resistencia a la tracción de 35-185 N/mm2

3- Elemento de retención según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el elemento de retención presenta un espesor á 2 mm, preferentemente < ,2 mm, y más preferentemente ,1 - ,2 mm.

4- Elemento de retención por lo menos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se seleccionan entre los del grupo compuesto por carburos, nitruros, boruros, diamante, S¡C>2 y AI2O3, preferentemente del grupo compuesto por diamante, carburo de silicio y carburo de boro.

5- Elemento de retención por lo menos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las partículas de material duro presentan un diámetro máximo de 35 pm, y un tamaño medio del grano D5 en el rango de 1 a 25 pm.

6- Elemento de retención por lo menos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que del 5 al 3% de la superficie de contacto del elemento de retención está cubierta con partículas de material duro.

7- Elemento de retención por lo menos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fase de unión metálica es una capa de niquelado químico producida mediante galvanotecnia.

8- Elemento de retención según por lo menos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se trata de un elemento de retención de un orificio, preferentemente de un disco de un orificio.

9- Elemento de retención por lo menos según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que se trata de un elemento de retención con una pluralidad de orificios, preferentemente de un disco con una pluralidad de orificios.

1- Utilización de un elemento de retención por lo menos según una de las reivindicaciones 1 a 9 para uniones atornilladas duraderas y reversibles, sometidas a solicitaciones de carga altas, disponiéndose el elemento de retención como una capa intermedia entre la cabeza del tornillo y el material de soporte y/o entre la tuerca y el material de soporte.

DOCUMENTOS LISTADOS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de documentos indicados por el Solicitante se recopiló exclusivamente para información del lector y no forma parte del documento de patente europea. Se confeccionó con el máximo esmero; sin embargo, la Oficina 5 Europea de Patentes no asume ninguna responsabilidad sobre los errores u omisiones que pudiera contener.

Documentos de patente indicados en la descripción

DE 2556985 A1 [4]

* WO 23136A A1