Sistema para mantenimiento de la precarga de uniones de piezas de tipo embridado, perfeccionado.

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) tienen superficie inferior biselada (101) y una porción de guiado (102) 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) inclinada que 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. La embocadura (110) de los medios de arandela está prevista en forma de plano inclinado mixto, es decir con al menos dos tramos/secciones con diferente inclinación, teniendo el primer tramo (1100) más alejado del eje de roscado (e) una primera una inclinación distinta a la del bisel (101) de los medios de tuerca, mientras que el, al menos un, segundo tramo (1101) más próximo al eje de roscado (e) determinante de la zona de apoyo de la superficie inferior (101) de los medios de tuerca presenta una inclinación mayor que la de dicho primer tramo. Al cerrarse dichos medios de tuerca para mantener el pretensado aplicado mediante elongación del perno, al menos una zona de la superficie inferior de los medios de tuerca yace apoyada en dicho al menos un, segundo tramo (101) de la embocadura de la arandela y estando la porción de cuello (102) introducida en el orificio cilíndrico de guía (111) 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 pérdidas de precarga debidas a falta de perpendicularidad y paralelismo.

Mejoras introducidas en la solicitud de patente 201230808, por Sistema para mantenimiento de la precarga de uniones de piezas de tipo embridado

Ambito v técnica anterior

La presente adición a patente 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 552 (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.

A través del objeto de la solicitud de patente principal se proporciona un sistema para mantenimiento de la precarga de uniones de piezas de tipo embridado para solucionar el problema planteado.

No obstante los medios de arandela y de tuerca propuestos en dicho sistema, presentan dificultades de mecanización que conducir a que o bien los medios de tuerca apoyen en los medios de arandela sobre una zona más alejada del eje de roscado, provocando una pérdida de precarga por relajación o bien en otro caso, que los medios de tuerca apoyen en una zona de la arandela más próxima al eje de roscado con un asiento puntual que no reparte el cono de presión sobre los medios de arandela de manera adecuada.

Sumario de la adición

De acuerdo con el estado de la técnica precedentemente descrito, la presente adición tiene por objetivo una mejora de las características del sistema para mantenimiento de la precarga de uniones de piezas de tipo embridado indicadas en la patente principal.

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.

Este sistema para mantenimiento constando de unos medios de tuerca con una rosca interior según un eje de roscado y unos medios de arandela para insertaren el respectivo perno, donde:

- los medios de tuerca están previstos con una superficie inferior en forma de bisel y una porción de guiado en forma de cuello cilindrico, 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 que tiene una extensión radial igual o mayor al bisel de medios de tuerca, y cuya embocadura se prolonga a través de un orificio de guía cilindrico que se extiende en una longitud menor o igual la longitud de la porción de cuello de los medios de tuerca,

y se caracteriza conforme a la presente adición

porque la embocadura de los medios de arandela está prevista en forma de plano inclinado mixto, es decir con al menos dos tramos/secciones con diferente inclinación, teniendo el primer tramo más alejado del eje de roscado una primera una inclinación distinta a la del bisel de los medios de tuerca, mientras que el, al menos un, segundo tramo más próximo al eje de roscado determinante de la zona de apoyo de la superficie inferior de los medios de tuerca presenta una inclinación mayor que la de dicho primer tramo,

de manera que cuando dichos medios de tuerca se cierran para mantener el pretensado aplicado mediante elongación del perno, al menos una zona de la superficie inferior de los medios de tuerca yace apoyada en dicho al menos un segundo tramo de la embocadura de la arandela y estando la porción de cuello introducida en el orificio cilindrico de guía 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 pérdidas de precarga debidas a falta de perpendicularidad y paralelismo.

De acuerdo con una característica adicional de la adición, la presión y el cono de presión de la unión pueden regularse ajustando tanto la inclinación de dicho segundo tramo como su separación axial respecto del eje de roscado de la embocadura de los medios de arandela, de forma que con una adecuado dimensionado pueden proporcionar los requisitos exigidos para dicha unión embridada según su aplicación.

Breve descripción de los dibulos

Otras características y ventajas de la invención resultarán más claramente de la descripción que sigue realizada con la ayuda de los dibujos anexos, referidos a un ejemplo de ejecución no limitativo y en los que:

La figura 1 muestra de manera esquemática una vista parcialmente seccionada de una unión con un sistema de mantenimiento de la precarga conforme a la patente principal.

Las figuras 2A y 2B ¡lustran de manera esquemática respectivas vistas del acoplamiento tuerca-arandela conforme a patente principal en dos posiciones límite que indican un apoyo inadecuado de los medios de tuerca y de arandela de la unión conforme a la figura 1.

La figura 3 muestra de manera esquemática un conjunto tuerca-arandela según la presente adición en sección...

1. Mejoras introducidas en la solicitud de patente 201230808, por 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, donde:

- los medios de tuerca (10) están previstos con una superficie inferior en forma de bisel (101) y una porción de guiado (102) en forma de cuello cilindrico, 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) que tiene una extensión radial igual o mayor al bisel de medios de tuerca, y cuya embocadura se prolonga a través de un orificio de guía cilindrico (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,

caracterizado dicho sistema porque

la embocadura (110) de los medios de arandela está prevista en forma de plano inclinado mixto, es decir con al menos dos tramos/secciones con diferente inclinación, teniendo el primer tramo (1100) más alejado del eje de roscado (e) una primera una inclinación distinta a la del bisel (101) de los medios de tuerca, mientras que el, al menos un, segundo tramo (1101) más próximo al eje de roscado (e) determinante de la zona de apoyo de la superficie inferior (101) de los medios de tuerca, presenta una inclinación mayor que la de dicho primer tramo,

de manera que cuando dichos medios de tuerca se cierran para mantener el pretensado aplicado mediante elongación del perno, al menos una zona de la superficie inferior de los medios de tuerca yace apoyada en dicho al menos un, segundo tramo (101) de la embocadura de la arandela y estando la porción de cuello (102) introducida en el orificio cilindrico de guía (111) 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 pérdidas de precarga debidas a falta de perpendicularidad y paralelismo.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la presión de la unión y el cono de presión de la misma, pueden regularse ajustando tanto la inclinación de dicho segundo tramo (1101) como su separación axial respecto del eje de roscado (e) de la embocadura (110) de los medios de arandela (11).