BRPI0315125B1

BRPI0315125B1 - prendedor e construção de parafuso prisioneiro, método de acoplar uma haste rosqueada a uma estrutura e parafuso prisioneiro

Info

Publication number: BRPI0315125B1
Application number: BRPI0315125A
Authority: BR
Inventors: Edward D Murphy; Mark Delacourt; Sivakumar Ramasamy
Original assignee: Newfrey Llc
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2016-01-26
Also published as: JP2006502359A; BR0315125A; US20070243041A1; US7441997B2; US7364394B2; EP1549858A2; US6818851B2; WO2004033923A2; WO2004033923A3; JP4624792B2; EP1549858A4; US20050123375A1; US7476826B2; KR101051187B1; AU2003256364A1; US20040112873A1; CN1703585A; AU2003256364A8; EP1549858B1; US20040120788A1

Abstract

"sistema de fixação de rompimento". trata-se a presente invenção de um sistema de fixação, o sistema de fixação possui um pino rosqueado de solda (10) possuindo uma parte de soldagem anular (26) e uma porca fraturável. a construção de pino rosqueado e porca fraturável é configurada para falhar sob carga torsional antes da falha das partes estruturais.

Description

"PRENDEDOR E CONSTRUÇÃO DE PARAFUSO PRISIONEIRO, MÉTODO DE ACOPLAR UMA HASTE ROSQUEADA A UMA ESTRUTURA E PARAFUSO PRISIONEIRO" O presente pedido é um Pedido Internacional PCT do Pedido Provisório US 60/416.614 depositado em 7 de outubro de 2002. O presente pedido reivindica o benefício do pedido provisório US 60/420.951, depositado em 24 de outubro de 2002. As revelações dos pedidos acima são aqui incorporadas a título de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um sistema de fixação para fixar um elemento a uma parte de metal estrutural e, mais particularmente, para fixação de um elemento ao metal em folha. Um parafuso prisioneiro rosqueado de metal tendo uma superfície de soldagem anular é fixado à parte estrutural em soldagem de arco de tempo curto, e uma porca de travamento fraturável é atarraxada sobre o parafuso prisioneiro para fixar o elemento à parte estrutural.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Parafusos prisioneiros de soldagem metálicos são tipicamente corpos não compressíveis sólidos, os quais são formados por métodos de estampagem de prendedor padrão como sendo de comando frio de materiais de haste. Esses parafusos prisioneiros de soldagem são soldados a uma superfície componente pelo uso de um dispositivo de soldagem conhecido que provê energia através do parafuso prisioneiro de soldagem para fundir tanto um elemento de soldagem sacrificial circular, como uma porção do material de base de componente. 0 parafuso prisioneiro de soldagem é fixo ao material de base devido à mistura e resfriamento dos metais liquefeitos. 0 dispositivo de soldagem, em particular, uma pistola de soldagem, segura o parafuso prisioneiro de soldagem utilizando garras de fixação em uma região entre um ressalto do parafuso prisioneiro e a extremidade da face a ser soldada. Cada parafuso prisioneiro de soldagem é colocado na boca da pistola de soldagem um de cada vez imediatamente antes da soldagem. 0 tamanho, peso, e configuração desses parafusos prisioneiros impedem seu uso em pistolas de soldagem alimentadas por sopro.

As crescentes demandas por economia de combustível nas indústrias de transporte levaram ao uso de materiais de calibre cada vez mais fino. Em particular, materiais compó-sitos metálicos e particularmente materiais compósitos de alumínio com um núcleo de polímero têm sido utilizados de forma eficaz como materiais de revestimento ou superfície para várias estruturas. Esses laminados metálicos muito finos são tipicamente acoplados ou fixados a uma estrutura de suporte por serem fixos à estrutura de suporte em um lado do laminado. Para essa finalidade, é conhecida a fixação de um parafuso prisioneiro de soldagem comum a uma estrutura de laminado a fim de facilitar o acoplamento do parafuso prisioneiro à estrutura.

Tradicionalmente, parafusos prisioneiros de soldagem queimam através pelo menos da primeira camada do material laminado fino. A soldagem provê um aumento de tensão que enfraquece significativamente a resistência da interface de laminado do parafuso prisioneiro de soldagem. A carga repetida do parafuso prisioneiro de soldagem leva à deformação plástica na interface de acoplamento e falha prematura da interface de parafuso prisioneiro com laminado.

Parafusos prisioneiros conhecidos têm uma cabeça e uma haste conectada à cabeça. A cabeça de um parafuso prisioneiro é soldada ao metal em folha de um chassi de veículo. A operação de soldagem ocorre de acordo com o método conhecido de soldagem por arco estirado. Nesse método, o parafuso prisioneiro é colocado em contato com o metal em folha, a corrente de soldagem é então ligada e o parafuso prisioneiro é retirado do metal em folha de modo que um arco seja formado entre o parafuso prisioneiro e o metal em folha. Enquanto o arco queima, parte da cabeça do parafuso prisioneiro e parte do metal em folha se fundem. Quando uma quantidade suficiente de metal fundido foi gerada, o parafuso prisioneiro é acionado para a fusão. A operação de soldagem como tal pode ser influenciada por vários parâmetros. A influência dos parâmetros individuais tem vários efeitos sobre a suscetibilidade a erro ao soldar parafusos prisioneiros com o método de arco estirado.

Para fins de iniciação de arco, a geometria da cabeça do parafuso prisioneiro deve ser projetada de acordo. Nesse contexto, os parafusos prisioneiros tendo uma cabeça com uma ponta cônica são conhecidos na arte. Parafusos prisioneiros com uma extremidade frontal/cabeça substancialmente plana são adicionalmente conhecidos, com uma ponta de ignição formada no centro da extremidade frontal. Parafusos prisioneiros com uma extremidade frontal plana são adicionalmente conhecidos na arte. 0 parafuso prisioneiro rosque-ado é soldado sobre uma folha de metal do chassi na denominada soldagem de arco de tempo curto. Soldagem de arco de tempo curto também é conhecida como soldagem de parafuso prisioneiro, onde um parafuso prisioneiro de metal (parafuso prisioneiro rosqueado) é posicionado de modo a contatar o metal em folha do chassi. Uma corrente piloto é então ligada e o parafuso prisioneiro de metal é novamente levemente levantado do metal em folha do chassi. Ao mesmo tempo, um arco é estirado. A seguir, uma corrente de soldagem é ligada de modo que as superfícies confrontantes do parafuso prisioneiro de metal e metal em folha do chassi sejam fundidas. 0 parafuso prisioneiro de metal é então novamente abaixado sobre o metal em folha do chassi de modo que as corridas se combinem. A corrente de soldagem é desligada e toda a massa fundida se solidifica.

Uma porca de travamento é então tipicamente atar-raxada sobre o parafuso prisioneiro, desse modo se projetando do metal em folha do chassi. A porca atua para fixar o elemento ao metal em folha. Como regra, a porca de travamento é feita de material sintético. 0 parafuso prisioneiro pode ser um parafuso prisioneiro rosqueado de passo largo ou um parafuso prisioneiro rosqueado de passo curto. Uma rosca correspondente é fornecida na porca de travamento. No caso de uma rosca de passo largo, é alternativamente possível que somente um furo seja fornecido na porca de travamento. A rosca de passo largo corta então uma contra-rosca correspondente no furo.

Fraturas de parafusos prisioneiros rosqueados e da folha em metal do chassi ocorrem em modo indefinido. É difícil estabelecer qual foi o motivo para a falha. Além disso, reforma do metal em folha fraturado de um chassi de carro requer um gasto consideravelmente maior do que reforma no caso de um parafuso prisioneiro fraturado. Em uma fratura do parafuso prisioneiro, um novo parafuso prisioneiro pode ser soldado no mesmo ponto, sem sofrimento para a resistência do metal em folha.

De acordo com esses antecedentes, o problema subjacente à invenção é fornecer um sistema de fixação aperfeiçoado do tipo genérico que, em particular, requer pouca reforma na situação quando há falha do acoplamento de uma porca à estrutura de parafuso prisioneiro soldado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Para superar as desvantagens do sistema de fixação mencionado, a resistência da junta soldada entre a parte estrutural e o parafuso prisioneiro rosqueado e a resistência dos próprios parafuso prisioneiro e porca são adaptadas uma â outra. Especificamente, são adaptadas de modo que após aplicação de um torque que exceda aquele torque, que é aplicado de acordo com especificação quando a porca de travamen-to é atarraxada sobre o parafuso prisioneiro rosqueado, é assegurado que a porca frature antes que o parafuso prisioneiro frature e em circunstâncias onde a porca não fratura, o parafuso prisioneiro fratura antes da falha da parte estrutural .

Isso assegura que sempre que um torque demasiadamente elevado for aplicado a um parafuso prisioneiro rosque-ado tendo uma "boa" junta soldada, a porca ou o parafuso prisioneiro, e não a parte estrutural, fratura em todo caso. Desse modo, são reduzidos os custos de reforma devido a chaves de tensão ou torque incorretamente ajustadas ou problemas de rosqueamento com o prendedor. Mesmo quando uma porca de travamento com uma resistência demasiadamente elevada for utilizada, assegura-se que o dano da parte estrutural é amplamente excluído quando a junta soldada entre o parafuso prisioneiro e a parte é "boa". A esse respeito, uma "fratura" pretende significar qualquer dano a um elemento (porca de travamento, parafuso prisioneiro, parte estrutural) no qual um torque aplicado ao respectivo elemento não pode mais ser transmitido para um elemento seguinte da cadeia de fixação. Uma fratura da parte estrutural pretende, genericamente, significar que a parte é estruturalmente danificada e, em particular, que é extraída da região da junta soldada. Desse modo, o objetivo é plenamente realizado.

Essa modalidade tem a vantagem de que o reforço da parte estrutural (metal em folha do chassi do veículo) é desnecessário para assegurar que, após aplicação de um torque excessivamente elevado, o parafuso prisioneiro fraturará antes da fratura da parte.

De acordo com outra modalidade preferida, o parafuso prisioneiro rosqueado tem uma seção de flange que é disposta na proximidade da junta soldada e contra a qual o elemento é atarraxado pela porca de travamento ou contra a qual a própria porca de travamento é atarraxada.

De acordo com uma modalidade preferida adicional, o parafuso prisioneiro é um parafuso prisioneiro rosqueado de passo largo cuja rosca externa, quando a porca de travamento é atarraxada, corta uma rosca em seu furo. De acordo com uma modalidade alternativa, o parafuso prisioneiro rosqueado tem uma rosca de passo curto como uma rosca métrica e a porca de travamento tem uma rosca interna correspondente.

Além disso, é preferível quando a resistência do parafuso prisioneiro rosqueado e a resistência da porca de travamento são adaptadas uma à outra de tal modo que, após aplicação de um torque à porca de travamento que exceda o torque que de acordo com especificação é aplicado quando a porca de travamento ê atarraxada sobre o parafuso prisioneiro rosqueado, é assegurado que a porca de travamento fratura antes da fratura do parafuso prisioneiro.

No conjunto, desse modo obtém-se uma cadeia de processo fechada na qual o momento de quebra predeterminado da porca de travamento é menor do que o momento de quebra predeterminado do parafuso prisioneiro rosqueado, que por sua vez é menor do que o momento de quebra predeterminado da parte estrutural e/ou da junta soldada entre a parte estrutural e o parafuso prisioneiro.

De acordo com os ensinamentos de outra modalidade, é fornecida uma montagem de parafuso prisioneiro de soldagem para uso com um sistema de soldagem de arco estirado que supera as deficiências da técnica anterior. A montagem de parafuso prisioneiro de soldagem tem cabeça com uma área de soldagem anular. A área de soldagem anular tem um raio exterior que se conforma ao raio exterior da cabeça. A área de soldagem anular funciona para fornecer uma área de superfície de soldagem que é aproximadamente igual à área de superfície da soldagem circular típica enquanto melhora a distribuição de cargas torsionais de parafuso prisioneiro no metal em folha.

As características mencionadas acima e a serem explicadas abaixo são utilizáveis não somente na combinação indicada em cada caso, como também são utilizáveis em outras combinações ou independentemente, sem exceder o âmbito da presente invenção. De acordo com os ensinamentos da presente invenção, é fornecida uma montagem de parafuso prisioneiro de soldagem para uso com um sistema de soldagem de arco estirado que supera as deficiências da técnica anterior. A montagem de parafuso prisioneiro de soldagem tem cabeça com uma área de soldagem anular. A área de soldagem anular tem um raio exterior que se conforma ao raio exterior da cabeça. A área de soldagem anular funciona para fornecer uma área de superfície de soldagem que é aproximadamente igual à área de superfície da área de soldagem circular típica enquanto melhora a distribuição de cargas torsionais de parafuso prisioneiro no metal em folha. Áreas adicionais de aplicabilidade da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada fornecida a seguir. Deve ser entendido que a descrição detalhada e exemplos específicos, embora indiquem a modalidade preferida da invenção, são destinados somente para fins de ilustração e não pretendem limitar o âmbito da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A presente invenção tornar-se-á mais completamente entendida a partir da descrição detalhada e dos desenhos em anexo, onde: A Figura 1 é uma vista lateral do parafuso prisioneiro de solda de arco estirado de acordo com os ensinamentos da presente invenção; A Figura 2 é uma vista inferior do parafuso prisioneiro de solda de arco estirado de acordo com a Figura 1; A Figura 3 é uma vista lateral do parafuso prisioneiro de solda de arco estirado de acordo com a Figura 1 sendo acoplado a uma folha laminada; A Figura 4 é uma vista em seção esquemática de uma primeira modalidade de um sistema de fixação de acordo com a invenção; A Figura 5 é uma vista detalhada de uma modalidade modificada de um sistema de fixação, em seção; A Figura 6 é uma representação em seção de uma modalidade adicional de um sistema de fixação de acordo com a invenção: A Figura 7 é um diagrama com uma representação qualitativa de uma variedade de torques relevantes do sistema de fixação da presente invenção;

As Figuras 8 e 9 são vistas em seção transversal de uma porca frangível de acordo com os ensinamentos da presente invenção;

As Figuras 10 e 11 são vistas laterais de porcas de travamento alternadas; e A Figura 12 representa um gráfico que descreve parâmetros de soldagem de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS A descrição que se segue da(s) modalidade(s) preferida (s) é de natureza simplesmente exemplar e não é de modo algum destinada a limitar a invenção, sua aplicação ou usos. A Figura 1 representa o parafuso prisioneiro de solda de arco estirado 10 de acordo com os ensinamentos da presente invenção. 0 parafuso prisioneiro de solda 10 é formado de três componentes principais: uma haste 12, uma cabeça 14 e uma porção de soldagem anular 16. Como exemplo não limitador, a haste 12 pode ser um prendedor rosqueado M6. Igualmente, a haste pode assumir a forma de conector de 'pinheiro' ou outro prendedor rosqueado dimensionado. A porção de cabeça 14 é formada utilizando metodologias de comando frio. A cabeça 14 para um prendedor M6 tem um diâmetro exterior de aproximadamente 13 mm e uma espessura de aproximadamente 2 mm. A cabeça tem ainda uma su- perfície inferior, plana, 15 com um diâmetro de aproximadamente 13 mm. A resistência do prendedor é uma função da espessura da cabeça. Como tal, à medida que a espessura da cabeça é aumentada, genericamente a resistência do parafuso prisioneiro de solda 10 é aumentada. O aumento da resistência do prendedor frequentemente leva a uma falha indesejável da interface do prendedor e do material laminado. Essas falhas levam à retirada do prendedor do material laminado, deixando um furo no metal em folha fino. A porção de soldagem anular 16 tem um raio exterior 18 que é igual ao raio exterior da superfície inferior 15 da cabeça 14. Para uma haste de parafuso prisioneiro M6, o raio exterior da cabeça 14 tem aproximadamente 13 mm. O raio interior da porção de soldagem 16 tem um raio de aproximadamente 11 mm. A área de soldagem resultante sendo aproximadamente 150 mm2. Cada cabeça 14 tem uma espessura T. A espessura 19 da porção de soldagem 16 é menor do que 50% do valor de T e de preferência aproximadamente 20% a aproximadamente 35% do valor de T. A esse respeito, a cabeça 14 tem uma espessura de tela 21, que é modificável para ajustar o modo de falha do prendedor 10. Como exemplo não limitador, um parafuso prisioneiro 10 tendo uma espessura de tela de 3,0 mm tem um modo de falha de tensão superior a 825,5 kg e uma falha tor-sional de extração de roscas em cargas de torque de 161,2 kg força-cm. Para parafusos prisioneiros 10 com uma espessura de tela 21 de 2,5 mm, a falha de tensão do material de base ocorre em cargas maiores do que aproximadamente 784,7 kg e uma falha torsional pela extração das roscas do prendedor em cargas maiores do que aproximadamente 161,2 kg força-cm. Para parafusos prisioneiros 10 com uma espessura de tela 21 de 2,0 mm, o parafuso prisioneiro falha em tensão em cargas maiores do que aproximadamente 771,1 kg e falha em torção com a extração de roscas em cargas maiores do que aproximadamente 155,5 kg força-cm. Para parafusos prisioneiros 10 tendo uma espessura de tela 21 de 1,5 mm, o parafuso prisioneiro falha no material de base em cargas maiores do que 830 kg e pela falha da tela em cargas torsionais maiores do que 54,4 kg. Para parafusos prisioneiros 10 tendo uma espessura de tela 21 de 1,0 mm, os parafusos prisioneiros quebram em tensão na tela em cargas maiores do que 680,3 kg e na tela em cargas de torque maiores do que aproximadamente 86,4 kg força-cm.

Como descrito abaixo, é possível projetar os modos de falha de parafuso prisioneiro de tal modo que a haste falhe em um nível de tensão de tração e torsional mais baixo do que a porção de tela. Além disso, pela modificação da espessura de tela 21, é possível ajustar o modo de falha da porção de tela 21 em níveis mais baixos do que a interface de parafuso prisioneiro para solda, ainda assim mais elevados do que o nível de falha de haste de parafuso prisioneiro.

Pela provisão da porção de soldagem anular 16 tendo um raio externo igual ao raio exterior da cabeça 14, o aquecimento do metal em folha de base é distribuído sobre uma área maior. 0 dano à superfície do metal em folha é re- duzido e a resistência da interface de parafuso prisioneiro de solda 10 para superfície é aperfeiçoada. Como exemplo, a interface do parafuso prisioneiro de solda M6, de acordo com os ensinamentos da presente invenção, pode resistir a uma carga torsional de aproximadamente 460,8 kg força-cm.

Pelo ajuste da resistência de fratura torsional da haste 12 em aproximadamente 92,1 kg força-cm, a haste falhará sempre em torção antes da retirada do parafuso prisioneiro e dano da estrutura de laminado de metal em folha, desse modo mantendo a integridade do material de base.

Como visto melhor na Figura 3, quando o parafuso prisioneiro 10 é soldado à folha de laminado 20, a área de soldagem 26 acopla o parafuso prisioneiro 10 à camada superior 23 do laminado. Durante o processo de soldagem, a camada superior 23 é parcialmente acoplada à camada inferior 25 da folha de laminado 20. A camada de polímero intermediária 27 permanece acoplada às camadas tanto superior como inferior 23 e 25. Essa camada de polímero intermediária 27 funciona para suportar a estrutura de laminado 20. Além disso, acredita-se que o acoplamento central da folha de laminado embaixo do parafuso prisioneiro e dentro da soldagem anular, ajude a distribuir tensões torsionais e, portanto reforce a resistência torsional da junta de soldagem anular 26. Isto é oposto a parafusos prisioneiros convencionais que queimam através ou deslaminam a camada de polímero 27.

Para exemplificar a aplicação da presente invenção, a Figura 3 mostra uma conexão de fusão entre um parafuso prisioneiro 10 e a folha estrutural ou estrutura laminada 20. O parafuso prisioneiro 10 corresponde em desenho àquele da Figura 1 antes da soldagem, e faz-se referência à descrição da Figura 1 para evitar repetição.

Em uso, o parafuso prisioneiro 10 da Figura 1 ê colocado em contato com a estrutura laminada 20 com a borda plana 22 da porção de soldagem anular 16 que toca a estrutura laminada 20. Aplica-se a seguir uma corrente de soldagem. Após aplicação da corrente de soldagem, o parafuso prisioneiro 10 é retirado para formar um arco. Enquanto o arco está queimando, tanto a borda plana 22 do parafuso prisioneiro 10 como as partes da estrutura 20 se fundem. Após um tempo determinado, o parafuso prisioneiro 10 é mergulhado no metal fundido. A corrente de soldagem é desligada antes ou durante o mergulho. A seguir, a solda esfria. Como mostrado na Figura 3, parte da borda circunferencial 22 fundiu-se. Parte do metal fundido entrou na cavidade 24 definida pela área de soldagem anular. A solda é substancialmente anular. O parafuso prisioneiro 10 e a estrutura 20 têm uma área de solda comum 26 que se solidificou. Evidentemente, as outras modalidades ilustradas da presente invenção operam em modo similar.

Uma primeira modalidade de uma construção ou sistema de fixação da presente invenção é rotulada genericamente 9. O sistema de fixação 9 atua para fixar um elemento 11, no caso representado por uma parte de material sintético a-travessado por uma abertura 13, a uma folha estrutural 20, no presente caso o metal em folha 20 do chassi do carro. 0 sistema de fixação 9 inclui um parafuso prisioneiro rosqueado 10, que é soldado sobre o laminado ou metal em folha homogêneo 20 do chassi de carro no processo de sol-dagem de parafuso prisioneiro. Além disso, o sistema de fixação 9 contém uma porca de travamento 68 feita de material fraturável, que é capaz de ser atarraxada sobre o parafuso prisioneiro 10. O parafuso prisioneiro 10 contém uma cabeça 14. No presente caso, uma cabeça 14 pretende significar uma seção com um diâmetro relativamente grande que é de preferência duas vezes tão grande quanto o diâmetro do eixo 12 do parafuso prisioneiro 10. O parafuso prisioneiro rosqueado 10 é soldado no processo de soldagem de parafuso prisioneiro pelo lado inferior de sua cabeça 14 sobre um lado superior do metal em folha 20. A junta soldada 26 é mostrada esquematicamente nas Figuras 4 e 5. No lado oposto da cabeça 14 é fornecida a haste 12, na qual se forma uma rosca de passo largo.

Na região da transição entre a rosca de passo largo e a cabeça 14, o parafuso prisioneiro rosqueado 10 tem, além disso, uma seção enfraquecida 28, que no presente caso é formada por um entalhe periférico opcional 30. A seção enfraquecida 28 representa um ponto de quebra predeterminado do parafuso prisioneiro, como será explicado abaixo em detalhe . A porca de travamento 68 tem um furo 70 e o diâmetro do furo 70 é adaptado ao diâmetro da haste 12. A rosca de passo largo é projetada como uma rosca de autocorte e, portanto uma rosca interna é cortada no furo 70 quando a porca de travamento 68 é atarraxada sobre o parafuso prisioneiro 10. Opcionalmente, a porca de travamento 68 pode ser uma porca de metal rosqueada que é configurada para fraturar em uma carga torsional predeterminada. Essa fratura pode ocorrer nas roscas ou no corpo da porca 68.

Como pode ser visto na Figura 4, a abertura 13 do elemento 11 é deslizada sobre o parafuso prisioneiro rosque-ado 10. A seguir a porca de travamento 68 é atarraxada, de modo que o elemento 11 é retido entre o lado superior da cabeça 14 e o lado inferior da porca de travamento 68.

Na Figura 4, é indicado esquematicamente como um torque M aplicado à porca de travamento 68 é convertido na região da rosca em uma força axial A, que produz uma força de tração sobre o parafuso prisioneiro 10, e em uma força tangencial T, que por sua vez exerce um momento correspondente sobre o parafuso prisioneiro rosqueado 10. Uma modificação 10' do sistema de fixação 9 é mostrada na Figura 5. No sistema de fixação 9, o parafuso prisioneiro rosqueado 10' ê projetado com uma cabeça 14', que se situa entre uma haste 12' e uma seção de soldagem 26.

Quando um parafuso prisioneiro rosqueado 10' é soldado sobre o metal em folha de um chassi de carro 14, uma junta soldada 26' é produzida entre a borda plana 22 e o metal em folha 20. Portanto, um espaço 36 permanece entre o lado superior do metal em folha 20 e o lado inferior da cabeça 14' . 0 diâmetro da seção soldada 26 é selecionado maior do que o diâmetro da haste 12'. No conjunto, portanto, uma junta soldada 26' pode ser obtida com uma resistência que é maior do que a resistência que é obtenível quando o diâmetro da seção soldada 16 é igual ao diâmetro - especificado - da haste 12'. A Figura 6 mostra uma modalidade adicional de um sistema de fixação 9. 0 sistema de fixação 9 atua para fixar um elemento 42 na forma de um tubo de metal em outra parte estrutural 44, como o metal em folha de um chassi de carro. 0 sistema de fixação 9 tem um parafuso prisioneiro rosqueado 10, que é soldado por um processo de soldagem de parafuso prisioneiro ao metal em folha 44 de um chassi de carro. A-lém disso, o sistema de fixação 9 inclui uma porca de trava-mento 68 na forma de um clipe de material sintético. 0 parafuso prisioneiro rosqueado 10 tem uma cabeça 14, que corresponde à cabeça 14' do sistema de fixação 9 da Figura 5. Uma junta soldada entre o parafuso prisioneiro rosqueado 10 e o metal em folha 20 de um chassi de carro é mostrada em 52. Uma haste 12 do parafuso prisioneiro 10 é dotada de uma rosca. O parafuso prisioneiro rosqueado 10 é enfraquecido na região da transição entre a haste 12 e a cabeça 14, como é mostrado esquematicamente em 58. No sistema de fixação 9, o enfraquecimento é efetuado somente em que o diâmetro da haste 12 é distintamente menor do que o diâmetro da cabeça 14 e uma seção soldada situada sob a última e não descrita em detalhe. Além disso, a transição entre a haste 12 e a cabeça 14 é projetada como um canto de borda aguda.

No presente caso, o clipe de material sintético é atarraxado sobre o parafuso prisioneiro rosqueado 10 até que um lado inferior do clipe 68 atinja um lado superior da cabeça 14. 0 elemento 42, na forma de um tubo de metal, é fixado exclusivamente ao clipe 68 de material sintético. Na modalidade mostrada, um recesso 64 é fornecido para a acomodação do tubo de metal 42. Além disso, o clipe 68 de material sintético tem uma tira de travamento assentada flexi-velmente 66, que é projetada para fins de fechar o recesso 64 e assim acomodar o tubo de metal 42 de forma travada no clipe 68. É subentendido que em todas as três modalidades das Figuras 4 a 6, os parafusos prisioneiros rosqueados 10, e o metal em folha 20, de um chassi de carro podem em cada caso consistir em aço ou uma liga de aço ou de alumínio ou uma liga de alumínio. Também é subentendido que as porcas de travamento 68, podem ser feitas de um material diferente de material sintético, contanto que as exigências de resistência explicadas abaixo com referência à Figura 7, sejam atendidas. 0 elemento 12 pode ser alternativamente um elemento de metal. De modo correspondente, o elemento 42 pode ser alternativamente um elemento de material sintético. Em todas as três modalidades, as resistências dos elementos separados são adaptadas entre si, como é mostrado esquematica-mente na Figura 6.

Um torque M, que na representação da Figura 7 é aplicado à porca de travamento 68 a fim de fixar o elemento 12 ao metal em folha de um chassi de carro, é traçado na abscissa na Figura 7. A fim de obter fixação adequada do e-lemento 12, a porca de travamento 68 é atarraxada com um torque nominal dado MN, que na Figura 7 é representado qualitativamente como maior do que zero. 0 torque nominal MN é atribuído uma região de tolerância TN, dentro da qual varia o torque nominal MN tipicamente aplicado por uma chave de torque ou chave de tensão.

Após aplicação do torque nominal MN, considerando partes isentas de falha e uma junta soldada isenta de falha 26, a fixação adequada do elemento 14 é obtida. Um momento de quebra predeterminado da porca de travamento 8 é adicionalmente mostrado em Mm na Figura 7. 0 momento de quebra predeterminado Mm é qualitativamente mais elevado do que o torque nominal MN. 0 momento de quebra predeterminado Mm é atribuído uma região de tolerância TM, dentro da qual a porca de travamento 68 fratura ou sua rosca é destruída. Ao mesmo tempo, deve-se tomar cuidado para verificar que as regiões de tolerância TM e TN não intersectam, porém são de preferência contíguas entre si. A Figura 7 mostra adicionalmente um momento de quebra predeterminado MG do parafuso prisioneiro rosqueado 10. O momento de quebra predeterminado MG é qualitativamente mais elevado do que o momento de quebra predeterminado Mm da porca de travamento 68. 0 momento de quebra predeterminado Mq é atribuído uma região de tolerância que não inter-secta com a região de tolerância TM da porca de travamento 68, porém diretamente contígua à mesma.

Por último, um momento de quebra predeterminado da junta soldada 26 é mostrado em Ms na Figura 7. 0 momento de quebra predeterminado Ms é distintamente maior do que o momento de quebra predeterminado Mq do parafuso prisioneiro 10. 0 momento de quebra predeterminado Ms da junta soldada 26 é de modo semelhante atribuído uma região de tolerância Ts. A região de tolerância Ts do momento de quebra predeterminado Ms da junta soldada 26 não intersecta com a região de tolerância TG, porém, em vez disso, situa-se a uma distância considerável da mesma. É, portanto assegurado que o momento de quebra predeterminado máximo MG ainda capaz de ser suportado por um parafuso prisioneiro rosqueado 10 (o limite superior da região de tolerância TG) é distintamente menor do que o momento de quebra predeterminado mínimo Ms, no qual a junta soldada 26 podería fraturar.

Para fins de representação simples, somente uma fratura da junta soldada 26 foi mencionada com relação à Figura 7. Entretanto, é subentendido que essa pretende significar uma fratura da junta soldada e/ou do metal em folha de um chassi de carro. Esse "processo fechado e cadeia de fixação" de torque nominal e momentos de quebra predeterminados asseguram que, em toda condição de operação, o elemento cuja substituição resulte nos custos mais baixos é aquele que sempre fratura.

Similarmente, a espessura da tela 21 pode ser a-justada de modo que tenha um momento de quebra da espessura da tela 21 entre o momento de quebra da haste de parafuso prisioneiro Mg e o momento de ruptura Ms da junta de solda 22. Após falha, a configuração de soldagem anular deixa uma porção de cabeça toroidal fraturada acoplada pela área de soldagem à estrutura de metal em folha.

Se, quando a porca de travamento 68 for atarraxada sobre o elemento 12, um torque demasiadamente elevado M (maior do que o limite superior da região de tolerância TM) for inadvertidamente aplicado, a porca fratura ou sua rosca rasga em todo caso, uma vez que o momento de quebra predeterminado Mm da porca é distintamente menor do que o momento de quebra predeterminado MG do parafuso prisioneiro rosquea-do 10, e devido ao fato de que as regiões de tolerância TM e TG não intersectam.

Se, na representação da Figura 4, uma porca de travamento incorreta 68 (uma porca de travamento com uma resistência demasiadamente elevada) for inadvertidamente selecionada, a distância distinta além das regiões de tolerância TG e TM em cada caso assegura que primeiramente o parafuso prisioneiro 10 fratura (normalmente em seu ponto de quebra predeterminado 30 ou pela destruição de sua rosca) e, portanto não ocorre nenhum dano à junta soldada 26 ou ao metal em folha 20 do chassi de carro.

Para todas as fontes de erro que podem ocorrer no sistema de fixação 9, é assegurado, portanto, que a junta soldada 26 e o metal em folha 20 do chassi de carro não são desnecessariamente danificados.

No controle de qualidade do parafuso prisioneiro rosqueado 10 antes da porca de travamento 68 ser atarraxada, um momento de teste que é igual ao momento de quebra predeterminado Mm da porca de travamento especificada 68 é normalmente aplicado ao parafuso prisioneiro. Uma porca de teste reforçada com fibra de vidro é normalmente utilizada para essa finalidade. Se, nesse teste, um torque demasiadamente elevado for inadvertidamente aplicado, a distância entre as regiões de tolerância TG e Ts assegura que em todo caso o parafuso prisioneiro 10 fratura e a junta soldada 26 e o metal em folha 20 do chassi de carro não são danificados. A descrição acima dos diversos momentos e a cadeia de processo fechada é correspondentemente aplicável às modalidades das Figuras 5 e 6. No caso da modalidade da Figura 6, o clipe 68 de material sintético representa a porca de travamento. É subentendido que o casamento de rosca entre os parafusos prisioneiros 10 e as porcas de travamento 68 deve ser selecionado de modo que, no caso de destruição da rosca das porcas de travamento 68, o desatarraxamento deve não obstante ser possível, de modo a evitar a aplicação de tor-ques desnecessariamente elevados nos parafusos prisioneiros 10, 46 após desatarraxamento. Devido à cadeia de processo fechada, a porca de travamento 68, 18 (que normalmente é feita de material sintético) é o "elo mais fraco". O elo mais fraco seguinte é o parafuso prisioneiro de fixação 10. A junta soldada 26 ou 52 tem a maior resistência. É especialmente vantajoso quando o parafuso prisioneiro rosqueado 10 é enfraquecido em um ponto e quando o enfraquecimento é projetado de modo que o parafuso prisioneiro 10 frature no ponto de enfraquecimento antes da parte estrutural fraturar na região da junta soldada entre a parte estrutural e o parafuso prisioneiro. O enfraquecimento pode ser afetado de muitos modos, por exemplo, pela seleção de material, pela construção do parafuso prisioneiro, etc. O caso no qual a rosca do parafuso prisioneiro 10 se torna não utilizável, isto é não mais é capaz de transmitir torque, deve ser também entendido como uma fratura. Alternativamente, por uma fratura deve ser subentendido que o parafuso prisioneiro rosqueado 10 como um todo quebra contra sua base substancialmente sem danificar estruturalmente a junta soldada. Ξ especialmente vantajoso quando o parafuso prisioneiro 10 tem um recesso de enfraquecimento, em particular um entalhe periférico.

Tal recesso de enfraquecimento torna possível assegurar, em modo estruturalmente simples, que de acordo com a invenção primeiramente o parafuso prisioneiro 10 fratura antes da parte estrutural fraturar quando um torque excessivo é aplicado. 0 recesso de enfraquecimento pode ser produzido, por exemplo, por usinagem. A Figura 8 mostra a porca 68 de acordo com a invenção para limitar um torque de atuação, tendo uma seção rosqueada 82 e uma seção tubular no formato de funil 84 na vista lateral. Um ponto de quebra predeterminado 86, que é projetado como uma folga ou constrição, é disposto entre a seção rosqueada 82 e a seção tubular 84. Em outras palavras, o ponto de quebra predeterminado 86 tem um diâmetro externo que é menor do que o diâmetro externo ou uma dimensão externa da seção rosqueada 82 bem como menor do que o diâmetro externo ou uma dimensão externa da seção tubular 84. A última pode ser projetada, por exemplo, no formato de funil de tal modo que, iniciando de um diâmetro nominal ou externo de uma rosca interna 88 da seção rosqueada 82, se alarga [em direção] no sentido oposto â última.

Alternativo ao desenho no formato de funil da seção tubular 84 mostrada na Figura 9 é o desenho cilíndrico mostrado na Figura 10. Tal seção tubular projetada de forma cilíndrica 85 tem vantajosamente um diâmetro maior do que o diâmetro externo ou nominal da rosca interna 88 da seção rosqueada 82.

As duas modalidades descritas (no formato de funil ou cilíndrica) ajudam, vantajosamente, a minimizar o problema descrito no início, que no caso de fricção forte na parte superior da rosca interna 88, talvez em um parafuso prisioneiro 10 (não ilustrado) se projetando para dentro da seção tubular 84, o ponto de quebra predeterminado 86 não consiga resistir de modo algum, porque a introdução de força não o-corre somente através dessa junta, porém também através da extremidade do parafuso prisioneiro 10.

Como pode ser visto nas Figuras 9 ou 10, pelo menos a seção tubular 84 tem uma segunda estrutura de ressalto 90 para uma ferramenta, no caso mais simples uma chave de extremidade aberta ou ferramenta externa comparável. Uma terceira estrutura de ressalto 92 para uma ferramenta interna é vantajosamente projetada na seção tubular 84, por exem- pio, como um quadrado ou hexágono ou similar. Em particular, para fins de desmontagem de uma porca de parafuso montada 94, a mesma tem na região da seção rosqueada 82 uma primeira estrutura de ressalto 89 para uma ferramenta adicional, vantajosamente novamente uma ferramenta externa. A Figura 11 mostra a porca de travamento 68 da Figura 9 ou 10 em vista superior com uma primeira, 89, e uma segunda, 90, estrutura de ressalto de dimensões similares. Um flange opcionalmente fornecido 87, por exemplo, melhora vantajosamente o assentamento ou aperto de uma parte estrutural (não ilustrada) na região da porca de parafuso 94. Além disso, tal porca de travamento 68 evita que um parafuso prisioneiro 10 cooperando com ela, por exemplo, seja rasgado de uma folha de metal.

De acordo com a invenção, a porca de travamento 68 tem, de preferência, primeira e segunda estruturas de ressalto 89, 90 de dimensões diferentes, como é ilustrado na Figura 6. Por conseguinte, a primeira estrutura de ressalto 89 pode, por exemplo, ter uma dimensão maior do que a segunda estrutura de ressalto 90, em particular - como mostrado -não comparável, isto é, polígonos incomensuráveis. A porca de parafuso 84, de acordo com a invenção, consiste, de preferência, de um material sintético, em particular de um polímero como poliamida. Isto tem a vantagem de que particularmente a região do ponto de quebra predeterminado 86 pode consistir em um material diferindo da seção rosqueada 82 e/ou da seção tubular 84, em particular um material mais macio, isto é, uma limitação de torque definida é obtenível não somente através da geometria do ponto de quebra predeterminado 86 como também ou exclusivamente através do material seletivamente processado de qualidade apropriada. A Figura 12 representa um gráfico que descreve parâmetros de soldagem de acordo com os ensinamentos da presente invenção. É mostrado um gráfico que representa corrente de arco de soldagem em amps. versus tempo de arco de soldagem tendo três áreas específicas. Uma área soldada a-ceitável é definida por uma quantidade superior a 90% dos parafusos prisioneiros falhando por falha de parafuso prisioneiro em vez de uma falha da área de soldagem 16 quando o parafuso prisioneiro é colocado sob condições carregadas. A primeira área 80 é de soldas inaceitáveis para os dois parafusos prisioneiros da técnica anterior e os parafusos prisioneiros 10 de acordo com os ensinamentos da presente invenção (rotulados como U) . Também é mostrada uma área 81 encerrada por uma linha tracejada que representa soldas aceitáveis para os parafusos prisioneiros 10 de acordo com os ensinamentos da presente invenção (rotulados como A). É mostrada uma terceira área 83 circundada por uma linha cheia que representa a área de solda aceitável para parafusos prisioneiros da técnica anterior bem como os parafusos prisioneiros 10 da presente invenção.

Como pode ser visto pelo gráfico, os parafusos prisioneiros 10 da presente invenção representam um aperfeiçoamento significativo em processos de solda. Pelo aumento das faixas de parâmetros aceitáveis de soldagem, processos automatizados de soldagem podem ser significativamente aperfeiçoados e tornados mais baratos. 0 gráfico mostra que soldas aceitáveis utilizando os parafusos prisioneiros 10 são disponíveis para tempos de arco de soldagem maiores do que 50 ms e correntes de arco de solda inferiores a 150 amps. quando o parafuso prisioneiro está sendo fixado ao metal em folha fino. Laminados tendo uma espessura de metal igual ou menor do que 0,90 mm foram utilizados na formação do gráfico. A descrição da invenção é de natureza simplesmente exemplar e desse modo, variações que não se afastam da essência da invenção pretendem estar compreendidas no âmbito da invenção. Essas variações não devem ser consideradas como afastamento do espírito e âmbito da invenção.

Claims

1. Prendedor de parafuso prisioneiro (10) anular soldável, CARACTERIZADO por compreender: uma cabeça (14) de prendedor tendo uma tela (21) com uma primeira espessura de cabeça; uma área de soldagem anular (16) com uma segunda espessura de cabeça, a referida segunda espessura de cabeça sendo menor do gue a primeira espessura de cabeça, a referida área de soldagem anular (16) tendo um primeiro raio exterior e a referida cabeça (14) tem uma parede exterior gue tem um segundo raio exterior igual ao primeiro raio exterior ; um corpo cilíndrico sólido gue tem uma superfície exterior, uma porção da superfície exterior sendo rosgueada.

2. Prendedor soldável (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido corpo cilíndrico sólido compreende uma posição de seção enfraquecida (28) adjacente à referida cabeça (14).

3. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA por ser configurada de tal modo que o corpo cilíndrico sólido tenha uma primeira carga de falha, e a tela (21) tenha uma segunda carga de falha maior do que a primeira carga de falha e em que a soldagem anular (16) tenha uma terceira carga de falha maior do que a primeira carga de falha.

4. Prendedor soldável (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda es- pessura de cabeça é de aproximadamente 20% a aproximadamente 35% da primeira espessura de cabeça.

5. Prendedor soldável (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender adicionalmente uma haste rosqueada (12).

6. Prendedor soldável (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida haste (12) compreende uma posição de seção enfraquecida (28) adjacente à referida cabeça (14).

7. Prendedor soldável (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira espessura é maior do que 1,5 mm.

8. Prendedor soldável (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira espessura é maior do que 2,0 mm.

9. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), sendo CARACTERIZADA por compreender: uma estrutura (20) compósita metálica; um prendedor soldável (10) tendo uma cabeça (14) com uma primeira espessura e uma área de soldaqem anular (16) que tem uma sequnda espessura que é menor do que a primeira espessura; uma soldagem anular (16) disposta entre e acoplando o prendedor soldável ao material compósito.

10. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA por compreender adicionalmente uma haste rosqueada (12) acoplada à cabeça (14).

11. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que a cabeça (14) compreende uma porção de tela (21).

12. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA por ser configurada de tal modo que a haste (12) tenha uma primeira carga de falha, e a tela (21) tenha uma segunda carga de falha maior do que a primeira carga de falha.

13. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que a soldagem anular (16) tem uma terceira carga de falha maior do que a primeira carga de falha.

14. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que o material compósito é um laminado de metal.

15. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que o laminado de metal compreende uma camada de polímero.

16. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que o laminado compreende uma primeira e segunda camadas metálicas, a referida camada de polímero sendo disposta entre as primeira e segunda camadas.

17. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADA pelo fato de que a área de soldagem (26) é parcialmente disposta entre as primeira e segunda camadas metálicas.

18. Construção do parafuso prisioneiro (10) para estrutura (20), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada de polímero dentro da área de soldagem anular (16) acopla as primeira e segunda camadas metálicas.

19. Método de acoplar uma haste rosqueada (12) a uma estrutura (20), sendo CARACTERIZADO por compreender: fornecer uma cabeça (14) acoplada à haste rosqueada (12), a referida cabeça (14) tendo uma primeira espessura e uma porção de soldagem anular (16), a referida porção de soldagem anular (16) tendo uma segunda espessura menor do que a primeira espessura; posicionar a porção de soldagem anular (16) de modo a contatar a estrutura (20); carregar a porção de soldagem anular (16) com uma corrente elétrica; retirar a porção de soldagem anular (16) da estrutura (20) para formar um arco a fim de criar metal fundido; e mergulhar a cabeça (14) no metal fundido a fim de formar uma interface de parafuso prisioneiro (10).

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a provisão de uma cabeça (14) é fornecer uma porção de soldagem anular (16) que tem uma espessura de aproximadamente 20% a aproximadamente 35% da primeira espessura.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o carregamento da porção de soldagem (16) dentro de uma corrente elétrica é carregar a porção de soldagem (16) com menos de 950 amps.

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a retirada da cabeça (14) é retirar a cabeça (14) por um tempo superior a 50 milissegun-dos.

23. Prendedor de parafuso prisioneiro (10), soldá-vel, CARACTERIZADO por compreender: uma cabeça (14) de prendedor tendo uma primeira espessura de cabeça maior do que 1,5 mm; uma área de soldagem anular (16) tendo uma segunda espessura de cabeça, a segunda espessura de cabeça é de aproximadamente 20% a aproximadamente 35% da primeira espessura; e um corpo cilíndrico sólido tendo uma superfície exterior com um raio exterior menor do que o primeiro raio exterior, uma porção da superfície exterior sendo rosqueada.

24. Construção automotiva do parafuso prisioneiro (10), sendo CARACTERIZADA por compreender: um laminado de metal compreendendo uma camada de polímero; uma cabeça (14) de prendedor tendo uma primeira espessura de cabeça e uma porção de tela (21); uma área de soldagem anular (16) tendo uma segunda espessura de cabeça, a referida segunda espessura de cabeça sendo menor do que a primeira espessura de cabeça, a referida área de soldagem anular (16) tendo um primeiro raio exterior e a referida cabeça (14) tem uma parede exterior que tem um segundo raio exterior igual ao primeiro raio exterior ; uma haste (12) cilíndrica sólida tendo uma superfície exterior, uma porção da superfície exterior sendo ros-queada; uma soldagem anular (16) disposta entre e acoplando o prendedor soldável ao laminado de metal.

25. Construção do parafuso prisioneiro (10), de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADA por ser configurada de tal modo que a haste (12) tenha uma primeira carga de falha, e a tela (21) tenha uma segunda carga de falha maior do que a primeira carga de falha e em que a soldagem anular (16) tenha uma terceira carga de falha maior do que a primeira carga de falha.

26. Parafuso prisioneiro (10) de solda, sendo CARACTERIZADO por compreender: uma haste rosqueada (12) sólida longitudinalmente alongada; uma cabeça (14) lateralmente aumentada se estendendo de uma extremidade da haste (12), a referida cabeça (14) tendo uma primeira espessura maior do que 1,5 mm; e uma seção substancialmente anular se estendendo longitudinalmente da cabeça (14) oposta à haste (12), a se- ção anular tendo uma segunda espessura sendo menor do que a primeira espessura; e em que uma borda de soldagem da seção anular é substancialmente plana ao longo de um plano lateral substancialmente paralelo a um plano lateral da cabeça (14), antes da soldagem e em que a referida cabeça (14) tem uma parede exterior que tem um primeiro raio exterior e a referida área de soldagem anular (16) tem um segundo raio exterior igual ao primeiro raio exterior.

27. Prendedor soldável (10), de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda espessura é de aproximadamente 20% a aproximadamente 35% da primeira espessura.