ES2201680T3 - Sistema de sujecion y apriete de tornillos. - Google Patents
Sistema de sujecion y apriete de tornillos.Info
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Abstract
Nuevo sistema de sujeción y apriete de tornillo comprendiendo una cabeza de tornillo con una mortaja (1) de forma ahusada en sentido del eje del tornillo, provista de un número de tetones (2) y las secciones circulares (3) correspondientes, una punta (4) de destornillador o herramienta de apriete con un número de aletas (5) en correspondencia al número de tetones y un utillaje para la obtención de dicha mortaja (1) en la cabeza del tornillo y dicha punta (4) de destornillador o herramienta de apriete.
Description
Sistema de sujeción y apriete de tornillos.
La presente invención se refiere a un nuevo
sistema de sujeción y apriete de tornillos diseñado para conseguir
un acoplamiento rápido y seguro entre un tornillo y un
destornillador o herramienta de apriete, prácticamente sin
posibilidad de que el tornillo se pueda salir accidentalmente del
destornillador o herramienta de apriete, así como para mejorar la
transmisión de par para mantener dicho acoplamiento, haciendo
fácil, de este modo, las operaciones de acoplamiento con tornillos,
en particular durante las operaciones de montaje automático que se
llevan a cabo mediante destornilladores eléctricos con regulación
de par en el caso de máquinas robotizadas en instalaciones
industriales, así como para aplicaciones manuales específicas.
Un objetivo de la presente invención es un
sistema que comprende una cabeza de tornillo provista de un
orificio embutido que presenta una configuración cónica y una
sección transversal circular y está dotado de una o más lengüetas
que se proyectan hacia el eje longitudinal del tornillo, formando
las paredes de forma circular de dicho orificio embutido un ángulo
de conicidad respecto al eje longitudinal del tornillo, y formando
las paredes de las lengüetas frontales del tornillo un ángulo de
conicidad respecto a dicho eje longitudinal. La configuración
cónica específica del orificio embutido configurado en la cabeza
del tornillo, de acuerdo con el extremo de la cabeza del
destornillador o herramienta de apriete, representa importantes
ventajas respecto a sistemas conocidos de la técnica anterior tales
como: a) el alojamiento producido por el efecto de cuña lateral de
las lengüetas permitiendo un acoplamiento a presión fiable que
aumenta gradualmente entre el tornillo y el destornillador o
herramienta de apriete; b) una mayor área superficial de contacto
entre la cabeza del tornillo y el extremo de la cabeza del
destornillador o herramienta de apriete, produciendo esta zona de
contacto mejorada una distribución más uniforme de esfuerzos
mecánicos y un menor desgaste en la cabeza del tornillo así como en
el extremo de la cabeza del destornillador o herramienta de
apriete; c) un ahorro en costes de material utilizado para la
fabricación de tornillos en comparación con tornillos
"Philips" o "Pozidriv" de la técnica; d) proporciona una
total seguridad al roscar y desenroscar los tornillos sin necesidad
de esfuerzos adicionales evitando así errores en el par de apriete;
e) una mayor eficacia y una mayor vida útil de los cabezales de
embutición y de los destornilladores y herramientas de apriete; y
f) facilidad de realizar conexiones con tornillos en lugares de
difícil acceso.
Tal como se ha descrito anteriormente, el
orificio embutido realizado en la cabeza del tornillo presenta una
sección transversal circular dotada de una serie de lengüetas,
preferiblemente entre dos y seis, que se proyectan hacia el eje
longitudinal del tornillo. El área transversal de dicho orificio
embutido disminuye gradualmente hacia abajo a lo largo del eje
longitudinal del tornillo, disminuyendo también la anchura de las
lengüetas. Las secciones del orificio embutido situadas entre cada
dos lengüetas presentan una forma circular con un ángulo de
conicidad predeterminado, manteniendo este ángulo un valor
constante que no depende del número y el espesor de dichas
lengüetas, formando las caras frontales de dichas lengüetas un
ángulo respecto al eje longitudinal del tornillo, variando dicho
ángulo en correspondencia con el diámetro nominal del tornillo, y
formando las caras laterales de dichas lengüetas un ángulo respecto
al eje longitudinal del tornillo.
Esta configuración del sistema de acuerdo con la
invención proporciona importantes ventajas en comparación con los
sistemas del estado de la técnica y, por lo tanto, el sistema de la
presente invención representa un sistema especialmente nuevo para
aplicaciones en las que se requiere un acoplamiento seguro entre el
tornillo y el destornillador o herramienta de apriete como en el
caso de sistemas robotizados o aplicaciones manuales de acceso
difícil a las conexiones roscadas.
El solicitante ha encontrado que el sistema de
sujeción y apriete de tornillos de la invención evita que el
operario tenga que aplicar una fuerza axial al roscar el tornillo
de la invención. En operaciones manuales ese esfuerzo resulta
especialmente tedioso en el caso de instalaciones de difícil
acceso.
Los tornillos convencionales conocidos en la
técnica, aparte de la forma de la cabeza y las cavidades
practicadas en las cabezas para la inserción de la cabeza del
destornillador, presentan el inconveniente de que el tornillo a
menudo se sale provocando un gasto de tiempo y daños a los citados
tornillos.
Este problema es más relevante en el caso de
aplicaciones industriales robotizadas puesto que los tornillos y la
herramienta destornilladora son manipulados por máquinas
automáticas de modo que es esencial disponer un acoplamiento fácil
y seguro entre el citado tornillo y herramienta.
Existen intentos anteriores asociados a la
presente invención. En particular, la patente n° US2.445.525
describe un sistema de acoplamiento entre un tornillo y un
destornillador, presentando la cabeza del tornillo una ranura axial
con una serie de aletas de idéntica área transversal separadas por
unos espacios transversales triangulares, con la cabeza del
destornillador en correspondencia con la citada cabeza del
tornillo; la cavidad penetra en el cuerpo roscado del tornillo,
afectando de este modo a la resistencia mecánica y a la vida útil
del tornillo; por otra parte, no se establecen valores de ángulo de
conicidad específicos, al contrario que los citados ángulos de
conicidad que se establecen en el caso de la presente invención. La
patente n° US2.239.440 describe un sistema de acoplamiento entre un
tornillo y un destornillador, pero la citada configuración de
cavidades no proporciona la posibilidad de disponer un acoplamiento
fácil y seguro entre el tornillo y el destornillador. La patente n°
US2.592.462 describe un sistema de acoplamiento entre un tornillo y
un destornillador, presentando también la cabeza del tornillo unas
cavidades a modo de cruz lo suficientemente anchas adaptadas a
cualquier tipo de destornillador, no proporcionando, por lo tanto,
posibilidad para un acoplamiento fácil y seguro entre el tornillo y
el destornillador.
Además, el documento n°
GB-A-148246 describe la formación
de la cabeza de un tornillo mediante un perforador que presiona
contra la cabeza del tornillo y produce una cavidad cónica que
presenta resaltes y ranuras en su superficie lateral. Sin embargo,
debido a la manera en la que lleva a cabo este proceso de
formación, existe un efecto cuña bastante limitado cuando la punta
de la herramienta hace contacto con la superficie del fondo de la
cavidad de la cabeza del tornillo ya que llena totalmente la
cavidad del troquel.
Por consiguiente, ninguna de las patentes citadas
anteriormente describe un acoplamiento fácil y seguro entre el
tornillo y el destornillador con la cabeza del destornillador
presentando una configuración específica que encaja de manera
precisa en el orificio embutido de la cabeza de un tornillo, como
es en el caso de la presente invención.
El sistema para la sujeción y apriete de
tornillos de acuerdo con la presente invención comprende las
características de la reivindicación 1.
Las citadas lengüetas del orificio embutido
actúan a través de un par de apriete y agarre proporcionado por
medio de un contacto con las ranuras de la cabeza del
destornillador o herramienta de apriete para transmitir dicho par
de apriete; proporcionando el citado contacto de las ranuras del
orificio embutido una superficie de contacto de las caras
significativamente mayor gracias a la cual los esfuerzos mecánicos
que soporta la cabeza del tornillo son considerablemente menores
que para los tornillos conocidos de la técnica.
Además, gracias a la perforación del orificio
embutido practicado en la cabeza del tornillo del sistema de
acuerdo con la presente invención, se produce un ángulo de
conicidad de contacto concurrente asegurando, de este modo, por
medio del efecto de cuña de las caras laterales obtenidas, un
acoplamiento rápido y seguro entre el tornillo y el destornillador
o herramienta de apriete y por lo tanto prácticamente sin necesidad
de ejercer presión a lo largo del eje longitudinal del tornillo,
tal como ocurre normalmente en el caso de los tornillos conocidos
en la técnica; y, al mismo tiempo, gracias a la citada seguridad
de acoplamiento, los desgastes en las cabezas del tornillo y el
destornillador o herramienta de apriete se reducen
considerablemente evitando así errores para obtener el par
predeterminado.
Es conveniente indicar que para las cabezas de
los tornillos con orificios embutidos que tengan cuatro lengüetas,
aparte de los destornilladores o herramientas de apriete
específicos, podrían utilizarse los destornilladores de tipo
"Philips" o "pozidriv" estándar, mientras que para un
número distinto de lengüetas será esencial utilizar el
destornillador o herramienta apriete.
El solicitante ha llevado a cabo las
correspondientes pruebas mecánicas para distintos números de
lengüetas, para diferentes ángulos de conicidad (\alpha) de dichas
lengüetas, y para distintos ángulos de conicidad (\beta) de dicha
sección circular, estando dichos ángulos en correspondencia con la
profundidad practicada del orificio embutido de la cabeza del
tornillo. Además, todos estos parámetros citados anteriormente se
asociaron a distintos diámetros exteriores de la cabeza del
tornillo y sus correspondientes diámetros nominales del
tornillo.
En base a las pruebas realizadas por el
solicitante, los valores preferidos para los distintos parámetros
que determinan el diseño del orificio embutido de la presente
invención, practicado en la cabeza del tornillo, se han establecido
como sigue:
a) para orificios embutidos que tienen de dos a
cinco lengüetas, el ángulo de conicidad (\alpha) de la lengüeta
está comprendido en el intervalo de ángulos entre 5 y 12,5 grados,
preferiblemente entre 7,5 y 11,5 grados; el ángulo de conicidad
(\beta) de la sección circular está comprendido en los valores de
intervalo entre 20 a 30 grados, preferiblemente entre 23 y 23,5
grados; la conicidad (A) del fondo del orificio embutido está
comprendida en el intervalo entre 25 y 35 grados, preferiblemente
entre 28 y 29 grados; el ángulo (C) formado por las caras laterales
de la lengüeta está comprendido en el intervalo de 15 a 35 grados,
preferiblemente entre 30 y 30,5 grados; la distancia (D) está
comprendida en el intervalo de longitud entre 0,5 mm a 7 mm,
preferiblemente entre 0,65 mm y 6,5 mm; la distancia (d) está
comprendida en los valores del intervalo entre 0,8 mm y 9 mm,
preferiblemente entre 0,9 mm y 8,2 mm; y la distancia (e) está
comprendida en el intervalo entre 0,2 mm y 4 mm, preferiblemente
entre 0,27 mm y 4,0 mm.
En ningún caso la profundidad del orificio
embutido debería afectar la resistencia mecánica del tornillo.
Las muescas de la punta de la cabeza del
destornillador o herramienta de apriete deben coincidir con las
lengüetas del citado orificio embutido de la cabeza del tornillo y
las alas de la punta de la cabeza del citado destornillador o
herramienta de apriete deben coincidir con las secciones entre
dichas dos lengüetas adyacentes del orificio embutido de la cabeza
del tornillo.
Se incluye un conjunto de dibujos con referencia
a ejemplos preferidos de realizaciones prácticas de la presente
invención:
La figura n° 1 muestra una vista en planta del
sistema de la invención realizado en la cabeza del tornillo, para
una realización preferida que comprende tres lengüetas (2) con los
correspondientes espacios intermedios o secciones circulares
(3);
Las figuras n° 2 a 4 muestran secciones
transversales del sistema de la invención expuesto en la figura n°
1, mostrando los ángulos de conicidad (\alpha), (\beta), (A) y
(C) ;
La figura n° 5 muestra la punta de la cabeza de
un destornillador o herramienta de apriete (4) en coincidencia con
el sistema de la invención mostrado en la figura n° 1;
La figura n° 6 muestra dos secciones
transversales de la punta de la cabeza del destornillador o
herramienta de apriete (4) con las correspondientes aletas (5),
Las figuras n° 7 y 8 muestran una matriz de
embutición por punzonado para la conformación del orificio embutido
de la cabeza del tornillo mostrado en la figura n° 1;
La figura n° 9 muestra una vista en planta del
orificio embutido (1) realizado en la cabeza del tornillo para una
realización preferida que comprende cuatro lengüetas (2) con las
correspondientes secciones circulares (3);
La figuras n° 10 a 12 muestran las secciones
transversales de la cabeza del tornillo expuesta en la figura n° 9,
mostrando los ángulos de conicidad (\alpha), (\beta), (A) y (C)
;
La figura n° 13 muestra la punta de la cabeza un
destornillador o herramienta de apriete (4) en coincidencia con la
cabeza del tornillo expuesta en la figura n° 9;
Las figuras n° 15 y 16 muestran una matriz de
embutición por punzonado para la conformación del orificio embutido
de la cabeza del tornillo expuesto en la figura n°9.
Una realización preferida de la invención, tal
como se muestra en las figuras n° 1 a 8, se refiere al caso en el
que el orificio embutido (1) practicado en la cabeza del tornillo
comprende tres lengüetas (2). Para este caso, el ángulo de
conicidad (\alpha) de las lengüetas (2) estará comprendido entre
7,5 y 7,75 grados, o 9,5 y 9,75 grados, o 10,5 y 10,75 grados,
dependiendo del tipo de lengüeta (2); el ángulo de conicidad
(\beta) de las secciones circulares estará comprendido entre 23 y
23,5 grados; y el ángulo (A) del fondo del orificio embutido estará
comprendido entre 28 y 29 grados. La anchura de la lengüeta (2)
disminuye hacia el eje longitudinal del tornillo proporcionalmente
a cada punto del radio del par de apriete correspondiente,
variando dicho valor de anchura (e) de 0,4/0,42 mm a 3,05/3,09 mm
de acuerdo con el tipo de lengüeta correspondiente. El ángulo (C)
se encuentra comprendido entre 30 y 30,5 grados. La distancia (D)
varía entre 0,65/0,68 y 5,85/5,89 mm de acuerdo con el tipo de
lengüeta correspondiente. El diámetro (d) varía entre 0,9/0,95 y
8,0/8,1 mm de acuerdo con el tipo de lengüeta correspondiente.
Otra realización preferida de la invención, tal
como se muestra en las figuras n° 9 a 16, corresponde al caso en el
que el orificio embutido (1) practicado en la cabeza del tornillo
comprende cuatro lengüetas (2). Para este caso, los ángulos
(\alpha), (\beta), (A) y (C) mantienen los mismos valores de
ángulo indicados tales como los citados para la realización
anterior que comprendía tres lengüetas (2). La anchura de la
lengüeta (2) disminuye hacia el eje longitudinal del tornillo
proporcionalmente a cada punto del radio del par de apriete
correspondiente. El citado valor de anchura (e) varía de 0,35/0,37
mm a 2,7/2,74 mm de acuerdo con el tipo de lengüeta
correspondiente. La distancia (D) varía entre 0,7/0,73 y 6,0/6,04
mm de acuerdo con el tipo de lengüeta correspondiente. El diámetro
(d) varía entre 0,9/0,95 y 8,8/10,0 mm de acuerdo con el tipo de
lengüeta correspondiente.
Estas realizaciones preferidas no son limitativas
respecto a la producción y al uso de sistemas destornilladores y/o
las correspondientes herramientas para los casos en los que sea
conveniente utilizar un número de lengüetas inferior a tres o
superior a cuatro, siempre y cuando se mantengan los parámetros de
diseño tal como se establecen en las reivindicaciones adjuntas, en
particular los ángulos de conicidad fundamentales, de manera que el
sistema pueda funcionar bajo las condiciones indicadas de
seguridad y resistencia mecánica.
Claims (3)
1. Sistema de sujeción y apriete de tornillos,
diseñado para proporcionar un acoplamiento rápido y seguro entre el
tornillo y la punta de la cabeza del destornillador o herramienta
de apriete, comprendiendo el sistema una cabeza de tornillo que
presenta un orificio embutido (1) con una configuración cónica,
siendo la profundidad menor que el espesor del tornillo, a lo largo
del eje longitudinal del tornillo, y presentando una sección
transversal circular con una serie de lengüetas (2) que se
proyectan hacia dicho eje longitudinal del tornillo y un número
correspondiente de secciones circulares (3), caracterizado
en que el ángulo de conicidad (\alpha) de la cara frontal de las
lengüetas (2) está comprendido en el intervalo de ángulos entre 5 y
15 grados; y en que el ángulo de conicidad (\beta) de las paredes
de la sección circular (3) situadas entre dos lengüetas adyacentes
(2) está comprendido en los valores del intervalo entre 20 y 30
grados; y en que el ángulo (C) de las paredes laterales de las
lengüetas (2) está comprendido en los valores del intervalo entre
15 y 35 grados, asegurando, de este modo, los citados valores de
conicidad de contacto un efecto cuña en las caras que proporciona
un acoplamiento rápido y seguro entre las lengüetas del
destornillador y las ranuras del destornillador o herramienta de
apriete.
2. Sistema de sujeción y apriete de tornillos
según la 1ª reivindicación, caracterizado en que la punta de
la cabeza del destornillador o herramienta de apriete adecuado (4)
corresponde con el orificio embutido (1) de la cabeza del tornillo
correspondiente, presentando la citada punta de la cabeza del
destornillador o herramienta de apriete (4) una forma definida y un
número de aletas (5) ambos de acuerdo con el número de lengüetas (2)
correspondiente de dicho orificio embutido de la cabeza del
tornillo (1).
3. Sistema de sujeción y apriete de tornillos
según las reivindicaciones anteriores 1 y 2, caracterizado
en que la conformación del orificio embutido (1) en la citada
cabeza del tornillo presenta una configuración definida realizada
por la aplicación de una matriz de embutición por punzonado en un
proceso de conformación en frío.
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