ES2223699T3 - Elemento de union con una cabeza y una caña provista, por lo menos parcialmente, de una rosca. - Google Patents

Abstract

Elemento de unión con una cabeza (2) y una caña provista, por lo menos en parte, de una rosca, en la que la cabeza (2) presenta en disposición simétrica de puntos alrededor del eje (5) del elemento de unión un poliedro interior en forma de árbol o eje estriado (6) compuesto por superficies tangenciales (7) orientadas esencialmente en la dirección perimetral, por dos superficies radiales (8, 9) dispuestas a continuación de cada superficie radial (7), orientadas aproximadamente radialmente o por lo menos casi paralelas entre sí, y por una superficie de enlace (10) orientada aproximadamente en la dirección perimetral, que une dos superficies radiales (9, 8) para la continuación de dos superficies tangenciales (7) vecinas, que se caracteriza porque, para la utilización de una llave hexagonal (14) normalizada en servicio de emergencia, la superficie de enlace (10) está conformada curvada en forma de arco circular y convexamente en dirección al eje (5) dei elemento de unión, estando formado el círculo que forma el arco circular, por dos puntos (P1), que resultan como puntos de intersección del contorno de la llave hexagonal (14) introducida simétricamente en el poliedro interior (6) tras un giro de aproximadamente 8º hasta 12º con las superficies radiales (8, 9) del poliedro interior (6), y por un tercer punto (P2) que está situado tangencialmente a un círculo con un diámetro (D2) alrededor del eje (5) del elemento de unión y el diámetro (D2) está dimensionado aproximadamente entre 0, 08 mm y 0, 15 mm mayor que el diámetro (D3) del círculo interior mínimo de la superficie de enlace (10) del poliedro interior (6) correspondiente al círculo interior mínimo de un orificio hexagonal normalizado asociado a la llave hexagonal (14).

Description

Elemento de unión con una cabeza y una caña provista, por lo menos parcialmente, de una rosca.

La invención se refiere a un elemento de unión con una cabeza y una caña provista, por lo menos en parte, con una rosca, presentando la cabeza en disposición simétrica de puntos alrededor del eje del elemento de unión un poliedro interior en forma de árbol o eje estriado compuesto por superficies tangenciales orientadas prácticamente en la dirección del perímetro y por dos superficies radiales, a continuación de cada superficie tangencial, dispuestas de forma que están alineadas prácticamente en la dirección radial o por lo menos están casi paralelas entre sí, y por una superficie de enlace en la dirección aproximada a la del perímetro, que enlaza dos superficies radiales que van a continuación de las superficies tangenciales vecinas. La invención se ocupa de la configuración de un elemento de unión, especialmente de un tornillo, en cuya cabeza está previsto un hueco en forma de un poliedro interior en forma de árbol o eje estriado es decir, con superficies que se prolongan paralelamente al eje. En ese elemento de unión son esenciales varias superficies radiales que se prolongan radialmente o por lo menos casi radialmente, para poder transmitir pares de apriete grandes al apretar el tornillo empleando para ello una llave especial con la forma adecuada. La superficies radiales también pueden estar dispuestas paralelamente entre sí por pares, lo cual resulta óptimo para la transmisión de pares de apriete grandes con una llave especial. En contraposición a dichos tornillos con poliedro interior en forma de árbol o eje estriado existen los denominados tornillos de cabeza redondo con hexágono interior que se caracterizan porque la componente radial de las superficies de transmisión está configurada relativamente pequeña. Además, existen naturalmente los tornillos de cabeza con hexágono interior que se aprietan y se aflojan con una llave hexagonal normalizada con seis superficies de delimitación planas. Todos dichos tornillos con la excepción de los tornillos de cabeza con hexágono interior precisan para el servicio normal de una llave especial, la cual está configurada de modo que encaje en el hueco de la cabeza del tornillo. Con tales llaves especiales se pueden manipular tales tornillos correctamente y de la forma debida. Sin embargo, si no se tiene a mano la llave especial, entonces en la mayoría de los casos se dispone aún de una llave hexagonal normalizada, con la cual es posible un servicio de emergencia con algunos tornillos. Los tornillos de cabeza redonda con hexágono interior no se pueden apretar correctamente con una llave hexagonal. Sólo admiten la introducción de una llave hexagonal con una sección transversal relativamente pequeña, con lo que en ese caso existe el riesgo de que al apretar o bien se rompa la llave hexagonal o bien se deforme el perfil del tornillo de cabeza redonda con hexágono interior.

Un elemento de unión descrito al principio se conoce a partir de la figura 2 del documento EP 0 670 431 B1. En dicho documento se describen también, como estado de la técnica, los tres tipos de configuraciones de cabeza de tornillo con hueco, a saber: los tornillos de cabeza con hexágono interior normales, un tornillo con poliedro interior en forma de árbol o eje estriado y un tornillo de cabeza redonda con hexágono interior. Los tornillos lobulados con el poliedro interior en forma de árbol o eje estriado, es servicio de emergencia, es decir, cuando no se dispone de la correspondiente llave especial, deben accionarse con una llave hexagonal normalizada. Entre las superficies radiales de lóbulos vecinos se extiende una superficie de enlace de trazado recto y plano. Si un tornillo de estas características en servicio de emergencia se acciona con una llave hexagonal normalizada, existe el riesgo de que se deforme el perfil del poliedro interior en la forma de transición entre las superficies de enlace y las superficies radiales, de tal manera que ya no sería posible un subsiguiente accionamiento con la llave especial. Para hacer frente a esta problemática, la superficie de enlace entre las superficies radiales de dos lóbulos orientadas paralelamente entre sí, y prácticamente radialmente, se configura inclinada en forma de tejado según la figura 4 del documento EP 0 670 431 B1, consistiendo en dos superficies o tramos planos, en que están confinados entre cada par de lóbulos vecinos. Estas dos superficies o secciones dispuestas oblicuamente forman en la cabeza del tornillo en la dirección del apriete y en la dirección del aflojamiento respectivamente un polígono regular, en el que las prolongaciones imaginarias de las superficies dispuestas oblicuamente no interseccionan con superficies dispuestas oblicuamente vecinas del mismo polígono regular. Un servicio de emergencia de un tornillo de estas características con una llave hexagonal sólo es posible si la llave hexagonal también puede introducirse en el hueco lobulado de la cabeza del tornillo. Una llave hexagonal con la dimensiones máximas que permita ser introducida en un hueco lobulado como el indicado, posee un ancho entre caras correspondiente a la distancia de los cantos de intersección de las superficies o tramos planos en cada superficie de enlace. Si se introduce una llave hexagonal de estas características, en teoría no se puede hacer girar respecto al tornillo. Establece un contacto en forma de una línea en el canto de intersección. Un par de apriete sólo se puede transmitir bajo fricción o rozamiento, el cual, por regla general, es insuficiente para aflojar el tornillo. Sin embargo, si se introduce una llave hexagonal con dimensiones más pequeñas en el espacio interior del poliedro interior en forma de árbol o eje estriado, lo cual es posible sin problemas y es lo que debe ser como regla general, entonces la llave de estas características aún puede hacerse girar antes de pasar a aplicar el par de apriete en el espacio interior. Sin embargo, el giro sin aplicación de fuerza termina normalmente en un establecimiento de contacto de forma lineal y de las superficies planas de la llave hexagonal en la zona de transición entre las superficies de enlace y las superficies radiales del polígono interior, de tal manera que esta zona de transición se sigue deformando cuando se aplica un par en servicios de emergencia. Teóricamente es concebible una llave hexagonal con una dimensiones tales que en la superficie plana dispuesta oblicuamente de la superficie de enlace puede establecerse un contacto superficial. Sin embargo, un establecimiento de contacto superficial de estas características es muy improbable porque una llave hexagonal de estas características muy raramente existe dentro de la gama normalizada de llaves hexagonales y, además, el polígono interior en forma de árbol o eje estriado sólo se puede realizar sometido a tolerancias. Un establecimiento de contacto superficial de las dos superficies planas una sobre otra sólo se da en el caso improbable de una compensación mutua de las tolerancias entre el poliedro interior y la llave hexagonal. En la práctica se puede partir de que en servicio de emergencia con un hexágono interior normalizado siempre debe haber juego entre la conformación de la cabeza y la llave hexagonal. Entonces en servicio de emergencia siempre se establece un contacto lineal entre las piezas. De ello se deriva forzosamente la deformación de la zona de transición entre las superficies de enlace y las superficies radiales del poliedro interior. Por lo contrario, en el caso de que haya un juego relativamente pequeño entre la llave hexagonal y las superficies de enlace del poliedro interior se produce un efecto cizallador desfavorable en la zona central de la superficie de enlace y asociado con el patinado de la llave hexagonal por rebasamiento del canto de intersección deformado de los dos trozos de superficie dispuestos oblicuamente de la superficie de enlace.

El documento EP 0 430 543 A1 ilustra un elemento de unión con una cabeza y una caña provista, por lo menos en parte, de una rosca. La cabeza posee una cavidad consistente en un poliedro interior en forma de árbol o de eje estriado que puede presentar cinco o seis escotaduras que se extienden hacia fuera. El poliedro interior presenta exteriormente superficies tangenciales orientadas en la dirección del perímetro. Estas superficies tangenciales son formadas por tangentes a dos pequeños círculos y están en su totalidad sobre un perímetro alrededor del centro del poliedro interior. A continuación de estas superficies tangenciales hay superficies en forma de arco circular que se forman a partir de las superficies perimetrales de los pequeños círculos. El poliedro interior no posee superficies de enlace que transcurran en la dirección del perímetro. Las superficies de enlace se disponen más bien como superficies curvadas en forma de arco circular, y que son formadas por círculos ficticios relativamente grandes, en cuyos centros están situados sobre la línea perimétrica de las superficies tangenciales. Desde los centros de los dos tipos de círculos se forman pentágonos o hexágonos ficticios, entre los cuales se enlazan los trozos en forma de arco circular de las escotaduras orientadas hacia fuera mediante zonas de superficie rectas que están dispuestas respectivamente tangencialmente a los dos tipos de círculos. Estas zonas de superficies rectas poseen para la transmisión del par con la correspondiente llave especial, sólo una extensión relativamente corta en dirección radial la cual supone un inconveniente. No van a continuación las superficies tangenciales exteriores, sino que se desplazan radialmente hacia dentro sobre un radio más pequeño. El contacto al apretar un elemento de unión de estas características mediante una llave especial que tenga la forma correspondiente ha de tener lugar en forma lineal en la zona de las partes de superficie rectilíneas. Las tolerancias admisibles sólo pueden tener efecto pudiendo desplazarse el contacto de forma lineal sobre la forma corta de la extensión radial de las zonas de superficie planas. En este desplazamiento no se modifica el ángulo de afinamiento. Con ello se consigue que la transmisión del par efectiva entre la llave especial y el elemento de unión sólo pueda oscilar dentro de un margen relativamente pequeño. Esto aporta la ventaja de que los pares aplicables en servicio normal sólo pueden oscilar dentro de un margen pequeño y por tanto en gran medida son constantes. Sin embargo, esta configuración presenta el inconveniente de que en la transmisión del par no se aprovecha al máximo el radio disponible hasta las superficies tangenciales, exteriores y de que para la transmisión del par el establecimiento de contacto entre las piezas es de forma lineal. En este elemento de unión conocido no está previsto el que en servicio de emergencia se pueda accionar con una llave hexagonal de la gama normalizada. La formación del contorno con los dos tipos de círculos, tan sólo permite la introducción de una llave hexagonal relativamente pequeña, con la cual hay riesgo de patinado de la llave por rebasar el encaje de la llave en el hueco.

A partir del documento DE-AS 17 28 574 se conoce un elemento de unión que asimismo presenta una cabeza y una caña provista de rosca. La cabeza posee un hueco en forma de un poliedro interior en forma de árbol o eje estriado. El contorno del poliedro interior está formado por dos círculos ficticios que tangencialmente se compenetran gradualmente, presentando el círculo más grande un radio de por lo menos el doble de grande que el del círculo pequeño. No hay superficies tangenciales orientadas en la dirección perimétrica, y no hay superficies radiales orientadas esencialmente en la dirección radial. Se entiende que los centros de los círculos más pequeños están dispuestos en los ángulos de un primer hexágono y los centros de los círculos más grandes en los ángulos de un segundo hexágono. A un elemento de unión de tales características le pertenece una llave especial conformada en consonancia. No está previsto un servicio de emergencia con una llave hexagonal.

Otro elemento de unión en forma de un tornillo se conoce a partir del documento US 2.969.250. También aquí en la cabeza del tornillo está dispuesto un poliedro interior en forma de árbol o eje estriado en disposición simétrica de puntos alrededor del eje del tornillo. El poliedro interior presenta superficies tangenciales orientadas en la dirección perimétrica, que están unidas directamente mediante superficies de enlace configuradas en forma de arco circular sin utilización de superficies radiales. Los círculos de las superficies de enlace en forma de arco circular vienen fijados por dos puntos, que son formados por los puntos extremos de superficies tangenciales vecinas. El tercer punto de este círculo se fija como punto tangencial al punto interior de una llave hexagonal de tales características, cuyos ángulos están sobre el círculo que genera las superficies tangenciales. El diámetro de este círculo interior se corresponde, como es habitual, con el ancho de llave del hexágono. El círculo, que forma las superficies de enlace en forma de arco circular, posee con ello un radio que se corresponde con el diámetro del ancho de llave. Este elemento de llave así configurado presenta el inconveniente de que en servicio normal con la llave especial sólo se puede transmitir el par bajo un establecimiento de contacto lineal, existiendo así riesgo de patinado de la llave por rebasar el encaje o de cizallado. Por otra parte, en servicio de emergencia sólo se pueden utilizar aquellas llaves de hexágono interior normalizadas, que se puedan introducir en el espacio interior del poliedro interior. Muchas de estas llaves hexagonales, al hacerlas girar, establecen el contacto en la zona central de la superficie de enlace en forma de arco circular, lo cual supone riesgo de patinado de la llave por rebasamiento del encaje.

La invención tiene como objetivo la preparación de un elemento de unión del tipo descrito al principio, que en servicio de emergencia se pueda aflojar y apretar de forma segura y fiable con una llave hexagonal de la gama normalizada, sin que cuando se haga esto, exista el riesgo de que se deforme la zona de transición entre las superficies de enlace y las superficies radiales del poliedro interior. Además, dicho elemento de unión con poliedro interior en forma de árbol o eje estriado debe poder ser accionable también con una correspondiente llave especial, y ello sin que se deformen las superficies correspondientes al servicio de emergencia.

Según la invención, en un elemento de unión del tipo descrito al principio, esto se consigue haciendo que para la utilización de una llave hexagonal normalizada, en servicio de emergencia, la superficie de enlace esté configurada curvada en forma de arco circular y en dirección convexa al eje del elemento de unión, estando formado el círculo que forma el arco circular, por dos puntos (P_{1}), que resultan como punto de intersección del contorno de la llave hexagonal insertada simétricamente en el polígono interior tras un giro de aproximadamente 8º hasta 12º, con las superficies radiales del poliedro interior, y por un tercer punto (P_{2}), que está situado tangencialmente a un círculo con un diámetro (D_{2}) alrededor del eje del elemento de unión y el diámetro (D_{2}) está dimensionado aproximadamente entre 0,08 mm y 0,15 mm mayor que el diámetro (D_{3}) del círculo interior mínimo de las superficies de enlace del poliedro interior correspondiente al círculo interior mínimo de un orificio hexagonal normalizado asociado a la llave hexagonal.

La superficie de enlace entre los extremos interiores de las superficies radiales de escotaduras o lóbulos vecinos del poliedro interior son ahora superficies del cilindro y poseen una sección transversal en forma de una parte de un aparco circular. El círculo que forma el arco circular presenta un centro que por regla general está situado fuera de la superficie de la cabeza del elemento de unión, y está sobre una línea que une el eje del tornillo con el centro de la correspondiente superficie de enlace. Un círculo así viene fijado por tres puntos o se determina matemáticamente. Los dos primeros puntos se tratan del modo siguiente. Se parte del contorno de una llave hexagonal normalizada, especialmente del contorno formado por la mayor llave hexagonal admisible dentro de la banda de tolerancia. Una llave hexagonal de esas características permite ser introducida en el poliedro interior de tal manera que los ángulos de la llave hexagonal están situados en el centro de las escotaduras en forma de lóbulo a media distancia entre las dos superficies radiales de un lóbulo. El contorno de esta llave hexagonal se gira entonces aproximadamente de 8º hasta 12º, preferentemente 10º. Como punto de intersección del contorno girado de la llave hexagonal con la configuración mayor dentro de la banda de tolerancia resultan los puntos de intersección con las superficies radiales y con ello los dos primeros puntos del círculo. Los dos puntos así fijados formarán así una zona límite, en la cual tendría lugar un establecimiento de contacto en forma lineal de la llave hexagonal en la zona de transición entre las superficies radiales y las superficies de enlace. Este límite debe respetarse y evitarse. El establecimiento de contacto efectivo entre una llave hexagonal normalizada y la zona de transición debe tener lugar, por el contrario, colindante al canto de la zona de transición en la zona vecina de las superficies de enlace. Así pues, en cierto modo, se dispone entre el servicio normal y el servicio de emergencia un espacio libre o una superficie libre que ni en servicio normal ni en servicio de emergencia se ve sometido a la carga. El servicio de emergencia tiene lugar exclusivamente bajo establecimiento de contacto superficial de una zona central de una superficie lateral de la llave hexagonal con una zona de establecimiento de contacto en la superficie de enlace que forma el arco circular. Dónde, es decir en qué lugar y con qué extensión resulta este establecimiento de contacto superficial, depende de un condicionamiento del círculo y con ello de la fijación del tercer punto del círculo. Para la determinación de este tercer punto es también ciertamente determinante, en el sentido más amplio, el contorno de la llave hexagonal normalizada, y más concretamente el contorno del orificio hexagonal asociado a esta llave hexagonal. Partiendo de un diámetro del círculo interior mínimo del orificio hexagonal en la banda de tolerancia fijada, se fija un diámetro de un círculo alrededor del eje del elemento de unión, cuyo diámetro está conformado aproximadamente desde 0,08 hasta 0,15 mm mayor. El diámetro de este círculo toca tangencialmente al círculo que hay que fijar, cuyo centro está fuera de la superficie de la cabeza del tornillo. El tercer punto es pues el punto de contacto de estos dos círculos. El centro del círculo que fija el contorno en forma de arco circular de las superficies de enlace resulta de la intersección de las mediatrices entre respectivamente dos de los citados puntos. La situación del tercer punto posibilita que todas las llaves hexagonales de un tamaño de llave normalizado abarcado por la banda de tolerancia sean insertables en el espacio interior del poliedro interior y sin aplicación de fuerza hasta que entran en contacto las superficies hexagonales de la llave hexagonal con la superficie de enlace entre escotaduras vecinas del poliedro interior. El establecimiento de contacto está relativamente alejado del centro de la correspondiente superficie de enlace, pero también algo alejado de la zona de transición entre las superficies de enlace y las superficies radiales. Aquí establece contacto, según la correlación de tolerancia, siempre una superficie curvada en forma de arco circular y con una superficie hexagonal configurada más o menos plana de la llave hexagonal. Al aplicar un par en servicio de emergencia aumenta el establecimiento de contacto lineal hasta formar un establecimiento de contacto superficial, con lo cual la presión en la superficie se reduce consecuentemente.

La superficie de enlace entre dos superficies radiales que van a continuación de las superficies tangenciales ya no se configura pues de forma plana, ni como una superficie continua plana ni como dos superficies planas colocadas inclinadas oblicuamente entre sí en forma de tejado. El concepto de la invención consiste más bien en configurar la superficie de enlace como una superficie curvada en forma de arco circular que está configurada convexamente hacia dentro. De este modo se asegura que en servicio de emergencia con una llave hexagonal normalizada las superficies planas de la llave hexagonal y las superficies de enlace convexas curvadas en forma de arco circular entran en contacto entre sí. Cuando se ha establecido contacto entre estas superficies, al final del giro sin aplicación de fuerza de la llave hexagonal hay previamente sólo un contacto lineal. Sin embargo, siguiendo la teoría de Hertz, a medida que va aumentando el par, se va transformando en un establecimiento de contacto superficial debido a la deformación elástica de las piezas. Este establecimiento de contacto superficial de las piezas entre sí durante la transmisión del par en servicio de emergencia, sorprendentemente, siempre se produce, y ello independientemente de la coordinación de las tolerancias entre la llave hexagonal y las superficies de enlace en forma de arco circular del poliedro interior. Así pues, la deformación elástica hace que siempre haya un establecimiento de contacto superficial, de tal manera que hay unas superficies suficientemente grandes para la transmisión del par, sin que por otra parte haya riesgo de patinado de la llave hexagonal por rebasamiento de encaje por su rotura y que por otra parte haya riesgo de deformación entre las superficies de enlace y las superficies radiales de un poliedro interior.

Si la configuración geométrica de la superficie de enlace curvada en forma de arco circular de realiza de tal modo que el elemento de unión se puede apretar también con la llave especial para el tornillo que forma un tipo genérico, resulta la ventaja adicional de que un elemento de unión de estas características también se puede apretar con una llave tubular hueca para tornillos de cabeza hexagonal del correspondiente tamaño. Debido a ello, un elemento de unión de estas características no sólo se puede apretar en un primer servicio de emergencia con una llave hexagonal normalizada, sino también en un segundo servicio de emergencia con una llave tubular hueca para tornillos de cabeza hexagonal y que eventualmente pudiera estar disponible.

Para poder apretar un accionamiento con una llave especial adaptada al tornillo según la figura 4 del documento EP 0 670 431 B1, deben respetarse ciertamente las condiciones geométricas que allí se describen también en las superficies de enlace curvadas en forma de arco circular. Según los apareamientos de tolerancia que se producen entre la llave hexagonal y la configuración del poliedro interior, el centro de establecimiento de contacto superficial se desplazará. Cuando haya un juego reducido entre las piezas, la superficie de establecimiento de contacto de la superficie tangencial de la escotadura lobulada estará más alejada que cuando haya un juego relativamente grande de las piezas.

Si el punto (P_{1}) se fija como punto de intersección del contorno de la llave hexagonal introducida en el poliedro interior simétricamente tras un giro de aproximadamente 10º con las superficies radiales del poliedro interior, se pueden controlar especialmente bien las tolerancias que necesariamente aparecen entre el espacio interior del poliedro interior con las superficies de enlace en forma de arco circular y de las superficies de enlace planas en el perímetro exterior del hexágono interior normalizado. Así, el espacio interior por una pare es suficientemente grande como para poder insertar fácilmente la correspondiente llave hexagonal de medida nominal, sin que aparezca el riesgo del patinado de la llave por rebasamiento del encaje en servicio de emergencia. Por otra parte, la superficie de contacto del establecimiento de contacto superficial está en un radio relativamente grande, sin alcanzarse, sin embargo, la zona de transición entre la superficie de enlace y las superficies radiales.

El diámetro (D_{2}) del círculo que forma el tercer punto (P_{2}) puede estar dimensionado especialmente aproximadamente 0,1 mm mayor que el diámetro (D_{3}) del círculo interior mínimo de las superficies de enlace del poliedro interior de acuerdo con el círculo interior mínimo del orificio hexagonal asociado a la llave hexagonal. También esto representa un dimensionamiento preferido.

Cuando las transiciones entre las superficies de enlace y las superficies radiales están concebidas redondeadas, incluso utilizando una llave hexagonal relativamente pequeña, es decir, con gran juego entre las piezas, resulta el establecimiento de contacto superficial deseado, lo cual es ventajosos para la transmisión de un par grande.

Cuando las transiciones entre las superficies tangenciales y las superficies radiales están conformadas redondeadas, esto contribuye a evitar o a limitar las tensiones de entallado, especialmente en servicio normal.

La curvatura en forma de arco circular de la superficie de enlace debería estar prevista como mínimo en dos zonas de la superficie de enlace a continuación de los puntos (P_{1}) en dirección al punto (P_{2}) de tal manera que utilizando la llave hexagonal normalizada en servicio de emergencia, estas zonas de la superficie de enlace convexas del poliedro interior en forma de árbol o eje estriado establecen contacto respectivamente en las superficies planas de la llave hexagonal. Así pues no es obligatoriamente necesario que el contorno en forma de arco circular de las superficies de enlace esté previsto que sea continuo en la zona central. Por lo demás en esta zona central de las superficies de enlace no tiene lugar ningún establecimiento de contacto en el servicio de emergencia. Por eso las zonas centrales pueden configurarse también rectas o como zonas de superficie plana. Una configuración en forma de arco circular continuo presenta sin embargo la ventaja de que las herramientas para la fabricación de un elemento de unión de estas características son relativamente simples de fabricar.

En todos los casos, el radio del círculo que forma la superficie de enlace debería estar dimensionado y dispuesto de tal manera que utilizando una llave hexagonal normalizada en servicio de emergencia, las superficies de enlace convexas del poliedro interior en forma de árbol o eje estriado establecen contacto respectivamente en una superficie plana de la llave hexagonal. Mediante la materialización del establecimiento de contacto superficial con todos los pares de tolerancias existentes entre la llave hexagonal y el poliedro interior en forma de árbol o eje estriado se evita al mismo tiempo el riesgo del patinado de la llave por rebasamiento del encaje en servicio de emergencia o una rotura de la misma.

La invención se explica y se describe con más detalle tomando como referencia las formas de realización referidas. Las figuras representan lo siguiente:

Figura 1 una vista en planta de la cabeza del elemento de unión con la llave hexagonal insertada en servicio de emergencia.

Figura 2 una vista similar de un elemento de unión con zona de transición redondeada entre la superficie de enlace y la superficie radial.

Figura 3 una representación detallada ampliada del elemento de unión según figura 1.

Figura 4 una representación detallada, aún más ampliada del elemento de unión según figura 1, y

Figura 5 una clarificación del principio empleado para el diseño de las superficies de enlace en forma de arco circular.

En la figura 1 se representa el elemento de unión en forma de un tornillo 1. Del tornillo 1 se ve solamente su cabeza 2 con su cara frontal 3 y la superficie perimetral 4, mientras que la caña provista de rosca está situada detrás del plano del dibujo y por tanto no está representada. El tornillo 1 presenta un eje 5 que se extiende perpendicularmente al plano del dibujo.

En la cabeza 2 del tornillo 1 se extiende partiendo de la cara frontal libre 3 hasta una cierta profundidad hacia dentro de la cabeza 2 un poliedro interior 6 configurado en forma de árbol o eje estriado. El poliedro interior 6 se compone de múltiples superficies individuales que se extienden paralelamente al eje 5 y por tanto también paralelamente a la superficie perimetral 4. Así pues, estas superficies individuales no están conformadas cónicamente o presentan sólo una conicidad muy reducida, condicionada por la fabricación y que aquí es despreciable. El poliedro interior 6 posee así superficies tangenciales 7 que aquí están conformadas en forma de arco circular y se extienden en la dirección perimetral. A cada superficie tangencial 7 sigue en el lado izquierdo una superficie radial 8 y en el lado derecho una superficie radial 9. Las superficies radiales 8 y 9 transcurren aquí paralelamente entre sí, es decir que no están exactamente orientadas radialmente hacia el eje 5. Pero las superficies radiales 8 y 9 también se pueden disponer de forma exactamente radial. Entre dos superficies radiales vecinas 7 y sus superficies radiales 9 y 8 opuestas entre sí se extiende la superficie de enlace 10, que aquí está conformada en forma de arco circular. La superficie de enlace 10 posee un radio 11, cuyo centro está dispuesto por regla general fuera de la superficie perimetral 4 de la cabeza 2. Debido a ello se le confiere a la superficie de enlace 10 un contorno en forma de arco circular, que se extiende convexamente desde fuera hacia dentro, es decir, hacia el eje 5. Las superficies radiales 8 y 9 en conjunción con respectivamente una superficie tangencial 7 representan una escotadura dirigida hacia afuera o un lóbulo 12 que forma parte del espacio hueco abarcado por el poliedro interior 6. Las superficies radiales 8 y 9 en conjunción con respectivamente una superficie de enlace 10 representan un lóbulo 19 que se extiende radialmente desde fuera hacia dentro y no ofrece ningún espacio hueco sino que está conformado cubierto de material.

Las superficies de enlace 10 están conformadas curvadas en forma de arco circular. En cada transición entre las superficies de enlace 10 y las superficies radiales 8 y 9 contiguas se forma así un canto 13.

El poliedro interior en forma de árbol o eje estriado 6 sirve para el ataque de una llave especial, la cual está configurada con un contorno similar al del poliedro interior 6, pero más pequeña y con el juego correspondiente. Con una herramienta especial de estas características se aprieta y se afloja el tornillo 1 en el servicio normal.

Sin embargo, si una llave especial de estas características no se tiene a mano en servicio de emergencia se puede emplear una llave hexagonal 14. La llave hexagonal 14 presenta seis superficies planas 15. Se trata de una llave hexagonal 14 normalizada. Asociable a su perfil y al perfil del correspondiente orificio hexagonal está conformado y dimensionado el poliedro interior en forma de árbol o eje estriado 6. Tras la introducción de la llave hexagonal 14 en el poliedro interior en forma de árbol o eje estriado 6 primero se puede hacer girar la llave hexagonal 14 sin aplicación de fuerza. En la figura 1 se representa el giro en el sentido del apriete con una rosca a derechas normal. Al final de este movimiento dirigido, las superficies planas establecen contacto en las superficies de enlace curvadas 10 finalmente bajo el contacto en forma lineal. Este estado se representa en la figura 1 y en la figura 3 se vuelve a reproducir a escala ampliada. El establecimiento de contacto tiene lugar a lo largo de una línea 16. Sin embargo, tan pronto como se aplica un par, aquí en el sentido de apriete del tornillo, tiene lugar una deformación en la forma de la línea 16, de tal manera que la línea 16 se transforma en un contacto superficial más o menos extendido entre la superficie plana 15 y la correspondiente superficie de enlace 10. Debido a este contacto superficial, la presión en las superficies se reduce. No hay ningún peligro de que el canto 13 en la transición entre la superficie de enlace 10 y la superficie radial 9 quede deformado permanentemente. Se puede observar que la llave hexagonal 14 con su canto 17 no establece contacto con el canto 13 ni con la superficie de enlace 10. El establecimiento de contacto superficial entre la superficie 15 y la superficie de enlace 10 se va formando alrededor de la línea 16. Esto es aplicable para el apriete del tornillo 1. Se entiende que al aflojar el tornillo 1 el contacto superficial tiene lugar simétricamente en otro punto de la superficie de enlace 10. La línea 16 y el contacto superficial que se establece al aplicar fuerza se ubica en diferentes puntos de la superficie de enlace 10, en función de qué tolerancias de la superficie de enlace 10 en el tornillo 1 coinciden con qué tolerancias de la superficie 15 en la llave hexagonal 14. Es conseguible una configuración geométrica de estas dos piezas y un mecanizado dentro de tolerancias, en los que ni el canto 13 ni el canto 17 entran en contacto con el otro elemento correspondiente. Así, el establecimiento de contacto superficial mientras está aplicado el par se mantiene en todos los estados.

El ejemplo de realización de la figura 2 está configurado en gran medida de forma similar al ejemplo de realización de las figuras 1 y 3, por eso, para este ejemplo de realización sirve también la descripción precedente. Sin embargo, en el ejemplo de realización de la figura 2, faltan en el poliedro interior los cantos 13. La transición entre la superficie de enlace 10 y la correspondiente superficie radial 8 ó 9 es formada por un redondeamiento 18, que con una transición continua se convierte en la superficie de enlace configurada en forma de arco circular 10.

En las figuras 3 y 4 se configura el establecimiento de contacto superficial de las superficies laterales planas de la llave hexagonal 14 en el contorno cilíndrico de las superficies de enlace 10 del poliedro interior 6. Es perceptible que al aplicar un par tiene lugar un establecimiento de contacto superficial. Las superficies que entran en contacto dejan libre por una parte el canto 13 entre la superficie de enlace 10 y la superficie radial 9 o una zona de transición formada por el redondeamiento 18. El establecimiento de contacto tiene lugar en un punto vecino al canto 13 sobre un radio lo más grande posible. En el canto 13 o en una zona de transición se crea un espacio libre, en el cual no tiene lugar ningún establecimiento de contacto. Asimismo permanece una zona central 20 libre de cualquier establecimiento de contacto, de tal manera que esta zona central 20 también se puede configurar plana achatada. Teniendo en cuenta las bandas de tolerancia del contorno de la llave hexagonal 14 así como del orificio hexagonal asociado se crea una zona de establecimiento de contacto 21 en la cual tendrá lugar el establecimiento de contacto. Según las coordinaciones de las tolerancias, el establecimiento de contacto tendrá lugar más hacia fuera o más hacia dentro de la zona de establecimiento de contacto 21. Una zona libre 22 a continuación del canto 13 permanece libre. Análogamente, para el aflojamiento del tornillo 1 es aplicable lo mismo respecto a la zona de establecimiento de contacto 23 y a un espacio libre 24.

Con la ayuda de la figura 5 se clarifica el principio de diseño para la configuración del contorno en forma de arco circular o de camisa exterior del cilindro de la superficie de enlace 10:

Se parte de un contorno dado del poliedro interior 6 con la posición de las superficies tangenciales 7 y de las superficies radiales colindantes 8 y 9. De este modo se fija especialmente la anchura de la escotadura en forma de lóbulo del poliedro interior, es decir, la distancia entre dos superficies radiales de pertenencia mutua 8 y 9. Esta anchura se dimensiona teniendo en cuenta los pares que hay que transmitir del esfuerzo de cizallamiento originado en el diente que se prolonga radialmente hacia fuera de una herramienta especial, etc. En un poliedro interior 6 tal como el que se ha determinado hasta aquí se introduce ahora una llave hexagonal 14 de tal manera que sus cantos 17 están situados exactamente sobre las líneas de simetría 25 respecto a las cuales están dispuestas simétricamente las escotaduras en forma de lóbulo del poliedro interior 6. Esta llave hexagonal 14 presenta un círculo interior con el diámetro D_{1}. Se elige especialmente el contorno de la mayor llave hexagonal 14 admisible según la banda de tolerancia normalizada. Con un giro de la llave hexagonal 14 alrededor del eje 5 de aproximadamente 10º resulta el contorno representado con línea a trazos de la llave hexagonal 14 con sus superficies 15. En una disposición especular o girando 10º hacia el otro sentido elegido las superficies 15 cortan las superficies radiales 9 y 8. Según el orden de magnitud del tornillo 1 y de la conformación del ensanchamiento en forma de lóbulo del poliedro interior 6, el giro puede ser de una magnitud comprendida entre 8º y 12º. De esta manera se fijan dos puntos P_{1} de la superficie de enlace 10. Estos dos puntos P_{1} pertenecen a un círculo o cilindro, cuyo centro M está situado exteriormente fuera de la cabeza del tornillo 1 sobre un eje de simetría 26 y que presenta el radio 11.

Para fijar la posición del centro M de este círculo y para determinar su radio 11 es necesario un tercer punto P_{2}. Para la fijación de este tercer punto P_{2} se parte de un diámetro D_{3} alrededor del eje 5 del poliedro interior 6. El diámetro D_{3} es el diámetro del círculo interior más pequeño según la banda de tolerancia, de un orificio hexagonal perteneciente a la llave hexagonal 14. Con ello ya queda asegurado que todas las llaves hexagonales 14, que estén dentro de su banda de tolerancia admisible, son introducibles en la escotadura del poliedro interior 6. Sin embargo, para evitar un establecimiento de contacto, en gran medida inútil, en la zona central 20 de la superficie de enlace, se pone un diámetro D_{2} alrededor del eje 5 del tornillo 1. El diámetro D_{2} es aproximadamente entre 0,08 mm y 0,15 mm mayor que el diámetro D_{3}. Según el orden de magnitud del tornillo se consiguen unos resultados especialmente buenos cuando el diámetro D_{2} es aproximadamente 0,1 mm mayor que el diámetro D_{3}. Como punto de intersección de este círculo con el diámetro D_{2} y la línea mediatriz 26 resulta el punto D_{2} como tercer punto para la determinación del círculo. Dicho de otro modo, los círculos se tocan con el radio 11 por una parte y con el diámetro D_{2} por otra parte tangencialmente a lo largo de una línea a través del punto P_{2}.

Para proporcionar una aclaración adicional se dan a continuación los datos para un ejemplo de realización correspondiente a una llave hexagonal 14 del ancho de llave o entre caras SW 8 DIN 7422:

El diámetro D_{1} mide 8,000 mm. De acuerdo con la banda de tolerancia admisible para una llave hexagonal interior 14 este diámetro D_{1} puede oscilar entre D_{\text{1 mín}} = 7,942 mm y D_{\text{1 máx}} = 8,000 mm. Con una anchura de la escotadura en forma de lóbulo, es decir, con una distancia b entre las superficies radiales 8 y 9 de por ejemplo aproximadamente b = 1,9 mm el punto P_{1} está situado sobre un diámetro de 9,28 mm.

El diámetro D_{3} de un orificio hexagonal asociado puede oscilar entre D_{\text{3 mín}} = 8,06 mm y D_{\text{3 máx}} = 8,12 mm. Aquí se parte de 8,10 mm. Añadiendo el valor de aproximadamente 0,1 mm resulta D_{2} = 8,20 mm. De este modo se origina un círculo alrededor del centro M con el radio 11 = 3,56 mm.

Lista de números de referencia

1

- Tornillo

2

- Cabeza

3

- Cara frontal

4

- Superficie perimetral

5

- Eje

6

- Poliedro interior

7

- Superficie tangencial

8

- Superficie radial

9

- Superficie radial

10

- Superficie de enlace

11

- Radio

12

- Lóbulo

13

- Canto

14

- Llave hexagonal

15

- Superficie

16

- Línea

17

- Canto

18

- Redondeamiento

19

- Lóbulo

20

- Zona central

21

- Zona de establecimiento de contacto

22

- Espacio libre

23

- Zona de establecimiento de contacto

24

- Espacio libre

25

- Línea de simetría

26

- Línea mediatriz

Claims (6)

1. Elemento de unión con una cabeza (2) y una caña provista, por lo menos en parte, de una rosca, en la que la cabeza (2) presenta en disposición simétrica de puntos alrededor del eje (5) del elemento de unión un poliedro interior en forma de árbol o eje estriado (6) compuesto por superficies tangenciales (7) orientadas esencialmente en la dirección perimetral, por dos superficies radiales (8, 9) dispuestas a continuación de cada superficie radial (7), orientadas aproximadamente radialmente o por lo menos casi paralelas entre sí, y por una superficie de enlace (10) orientada aproximadamente en la dirección perimetral, que une dos superficies radiales (9, 8) para la continuación de dos superficies tangenciales (7) vecinas, que se caracteriza porque, para la utilización de una llave hexagonal (14) normalizada en servicio de emergencia, la superficie de enlace (10) está conformada curvada en forma de arco circular y convexamente en dirección al eje (5) dei elemento de unión, estando formado el círculo que forma el arco circular, por dos puntos (P_{1}), que resultan como puntos de intersección del contorno de la llave hexagonal (14) introducida simétricamente en el poliedro interior (6) tras un giro de aproximadamente 8º hasta 12º con las superficies radiales (8, 9) del poliedro interior (6), y por un tercer punto (P_{2}) que está situado tangencialmente a un círculo con un diámetro (D_{2}) alrededor del eje (5) del elemento de unión y el diámetro (D_{2}) está dimensionado aproximadamente entre 0,08 mm y 0,15 mm mayor que el diámetro (D_{3}) del círculo interior mínimo de la superficie de enlace (10) del poliedro interior (6) correspondiente al círculo interior mínimo de un orificio hexagonal normalizado asociado a la llave hexagonal (14).

2. Elemento de unión según la reivindicación 1, que se caracteriza porque el punto (P_{1}) se determina como punto de intersección del contorno de la llave hexagonal (14) introducida simétricamente en el poliedro interior (6) tras un giro de aproximadamente 10º con las superficies radiales (8, 9) y el poliedro interior (6).

3. Elemento de unión según la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza porque el diámetro (D_{2}) del círculo que forma el tercer punto (P_{2}) está dimensionado aproximadamente 0,1 mm mayor que el diámetro (D_{3}) del círculo interior mínimo del orificio hexagonal asociado a la llave hexagonal (14).

4. Elemento de unión según una o varias de las reivindicaciones 1 hasta 3, que se caracteriza porque las transiciones entre las superficies de enlace (10) y las superficies radiales (8, 9) están conformadas de forma redondeada.

5. Elemento de unión según una o varias de las reivindicaciones 1 hasta 4, que se caracteriza porque las transiciones entre las superficies tangenciales (7) y las superficies radiales (8, 9) están conformadas de forma redondeada.

6. Elemento de unión según una o varias de las reivindicaciones 1 hasta 5, que se caracteriza porque la curvatura en forma de arco circular de la superficie de enlace (10) está prevista por lo menos en dos zonas de la superficie de enlace (10) a continuación del punto (P_{1}) en dirección al punto (P_{2}), de tal manera que empleando la llave hexagonal (14) normalizada en servicio de emergencia, estas zonas de las superficies de enlace convexas (10) del poliedro interior en forma de árbol o eje estriado (6) establecen contacto respectivamente con las superficies planas (15) de la llave hexagonal (14).