ES2293486T3 - Tornillo autorroscante y procedimiento para fabricar el mismo. - Google Patents
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Abstract
Tornillo (11; 21; 31; 51) autorroscante, especialmente un tornillo autorroscante de un metal resistente a la corrosión con un vástago (12) y al menos una rosca (14; 24; 34; 54) dispuesta al menos por zonas en el perímetro de éste, estando dispuestos varios medios (16; 26; 36; 56) cortantes en escotaduras (15; 25; 35; 55) en la rosca (14; 24; 34; 54) cuya dureza es mayor que la dureza de la rosca (14; 24; 34; 54), caracterizado porque los medios (16; 26; 36; 56) cortantes están configurados como material de aporte dispuesto en las escotaduras (15; 25; 35; 55).
Description
Tornillo autorroscante y procedimiento para
fabricar el mismo.
La invención se refiere a un tornillo
autorroscante, especialmente tornillo autorroscante a partir de un
metal resistente a la corrosión, del tipo mencionado en el
preámbulo de la reivindicación 1, así como un procedimiento para
fabricar el mismo. Un tornillo de este tipo se conoce por el
documento WO 2004/074697 A1.
Los tornillos de este tipo presentan un vástago
que está dotado al menos por zonas con una rosca externa, y que en
un extremo presenta una cabeza como medio de ataque de la carga. En
el caso de tornillos autorroscantes o bien de rosca cortante, la
rosca externa presenta una elevada resistencia que permite surcar
una rosca hembra en el subsuelo. Al menos el acero de la rosca
externa está endurecido para ello. Para aplicaciones externas
también se fabrican tornillos, como tornillos para hormigón, a
partir de materiales de acero resistentes a la corrosión. Los
materiales de este tipo normalmente no pueden aumentar su
resistencia mediante un tratamiento térmico hasta el punto de que
sea posible la formación segura de un surco seguro en el
hormigón.
Por el documento DE 198 15 670 A1 se conoce un
tornillo aterrajador a partir de acero resistente a la corrosión
que parcialmente está endurecido por precipitación. En este caso es
desventajoso el hecho de que los valores de dureza que pueden
alcanzarse como máximo para una inserción de los tornillos en
subsuelos minerales duros, como por ejemplo hormigón, no son
suficientes.
Por el documento WO 94/25764 A1 se conoce además
dotar a un tornillo aterrajador de acero resistente a la corrosión
de un recubrimiento en toda la superficie con un procedimiento de
ión-nitrito. Sin embargo, en este caso es
desventajoso el hecho de que el espesor de capa del recubrimiento se
sitúe en 0,2 mm como máximo. En el empleo de un tornillo de este
tipo en subsuelos minerales duros, este recubrimiento ya se ha
desgastado después de varias vueltas del tornillo.
Por el documento DE 198 52 338 A1 se conoce un
tornillo de acero inoxidable, cuya rosca está dotada con
perforaciones de alojamiento para alojar pasadores de inserción
cortantes de acero endurecido que permiten el ranurado en un
subsuelo mineral duro. Lo desventajoso en esta solución conocida es
que el acabado de este tornillo es muy complicado, debido a que la
pluralidad de pasadores de inserción cortantes deben incrustarse de
manera individual en los orificios de alojamiento. En los dos
extremos de los pasadores de inserción cortantes está prevista en
cada caso una cabeza cortante para que los pasadores de inserción
cortantes puedan incrustarse en los orificios de alojamiento en
ambas direcciones. Después de incrustar los pasadores de inserción
cortantes en los orificios de alojamiento, las cabezas cortantes
que sobresalen deben rectificarse. Los pasadores de inserción
cortantes se sujetan en los orificios de alojamiento en dirección
radial solamente mediante fricción.
Por el documento WO 2004/074697 A1 se conoce un
tornillo autorroscante que presenta un vástago con un contenido de
carbono entre 0% en peso y 0,5% en peso en el que está dispuesta una
rosca configurada formando una sola pieza con el vástago. Al menos
un elemento cortante configurado como cuerpo de soldadura de un
metal con un contenido de carbono superior al 0,8% en peso está
dispuesto en la rosca unido fijamente con el vástago. Los cuerpos
de soldadura se fabrican a partir de un acero rápido y se sueldan en
la rosca. Lo desventajoso de la solución conocida es que los
cuerpos de soldadura individuales deben soldarse de manera
complicada en la rosca. Además, los aceros con un contenido de
carbono superior al 0,8% en peso, los denominados aceros
hipereutectoides presentan una mala soldabilidad, de manera que para
fijar los cuerpos cortantes en la rosca se ablanda una zona
significativa de la rosca y del núcleo durante la operación de
soldadura, lo que puede llevar a una formación de grietas en esta
zona.
Por lo tanto el objetivo de la invención es
crear un tornillo autorroscante que evite las desventajas
mencionadas y permita un corte de rosca también en subsuelos duros
como hormigón.
El objetivo se soluciona mediante las
características de la reivindicación independiente. Los
perfeccionamientos ventajosos se exponen en las reivindicaciones
dependientes.
Según la invención, un tornillo autorroscante,
especialmente un tornillo autorroscante de un metal resistente a la
corrosión presenta un vástago y al menos una rosca dispuesta al
menos por zonas en el perímetro de éste. En la rosca están
dispuestos varios medios cortantes en escotaduras en la rosca cuya
dureza es mayor que la dureza de la rosca. Los medios cortantes
están configurados como material de aporte dispuesto en las
escotaduras.
En las escotaduras configuradas previamente
puede aplicarse en la rosca material de aporte con un reducido
contenido de carbono, suficiente para el mantenimiento de la
propiedad cortante, lo que lleva a una mejor soldadura y tensiones
menores entre el material base del tornillo y los depósitos de
soldadura. Mediante la solicitación térmica reducida del material
base al aplicar el material de aporte, se mantiene en gran medida,
por ejemplo, la resistencia a la corrosión del material base. Pueden
generarse geometrías de perfil más finas o bien más precisas con
geometrías definidas, lo que provoca un comportamiento de corte
ventajoso en un subsuelo mineral, como por ejemplo hormigón.
Además, pueden omitirse procesamientos posteriores mecánicos
complicados de los medios cortantes generados. Los medios cortantes
generados pueden continuar la rosca de manera armónica o sobresalir
radialmente de ésta. En la disposición de varios medios de corte a
lo largo del recorrido de rosca sobresalen radialmente, por
ejemplo, los medios cortantes dirigidos al extremo en el lado de la
dirección de colocación, y los medios cortantes siguientes se
reducen de manera continua en su extensión radial hasta que su
extensión radial corresponda a la extensión radial de la rosca. En
una realización ventajosa del tornillo autorroscante según la
invención están previstos, solamente en una zona partiendo del
extremo en el lado de la dirección de colocación, de cuatro a 15
medios cortantes separados entre sí en la rosca.
Preferiblemente, el material de aporte presenta
un contenido de carbono inferior a 0,8% en peso lo que mejora la
soldabilidad y por tanto crea una unión suficiente y que puede
producirse de manera sencilla entre el material de aporte y el
material base del tornillo. A consecuencia de la disposición del
material de aporte en las escotaduras se produce solamente una
fundición reducida del material base del tornillo. Con ello, en el
estado final en el caso de una geometría de perfil conocida se
consigue una dureza superior, y por lo tanto un mejor mantenimiento
de la propiedad cortante de lo que se consigue mediante el empleo de
un material de material de aporte de soldadura con un elevado
contenido de carbono, que no está dispuesto en escotaduras. Las
tensiones entre el material base y los medios cortantes aplicados
se reducen sustancialmente con un material de aporte que presenta
un contenido de carbono
reducido.
reducido.
Preferiblemente, las escotaduras para alojar el
material de aporte están configuradas como escotaduras de punto que
presentan una extensión en la dirección del recorrido de la rosca
que corresponde como máximo a la extensión radial doble de la
rosca. Por lo tanto en relación con la cantidad aplicada del
material de aporte se pone a disposición una superficie de contacto
suficiente para fijar el mismo en la rosca del tornillo, por lo que
se realiza solamente una fusión reducida del material base del
tornillo.
En una forma de realización alternativa del
tornillo según la invención las escotaduras para alojar el material
de aporte están configuradas como escotaduras lineales que presentan
una extensión mínima en la dirección del recorrido de la rosca, que
corresponde al menos a la extensión radial doble de la rosca. Por lo
tanto, también pueden crearse medios cortantes que presentan una
gran superficie activa con respecto al subsuelo al colocar el
tornillo. También en esta forma de realización, en relación con la
cantidad aplicada de material de aporte se pone a disposición una
superficie de contacto suficiente para fijar el mismo en la rosca
del tornillo y se realiza solamente una fundición reducida del
material base del tornillo.
Preferiblemente las escotaduras presentan una
sección de fondo que está separada radialmente con respecto al
perímetro exterior del vástago. De manera ventajosa la sección de
fondo de la escotadura está separada con respecto al perímetro
exterior del vástago de tal manera que al aplicar el material de
aporte solamente se funde material de la rosca dispuesto en el
vástago y por tanto el vástago en sí se somete a una solicitación
térmica como mucho mínima. La resistencia a la corrosión del vástago
del tornillo se mantiene en gran medida.
De manera preferida las separaciones de las
escotaduras entre sí aumentan a lo largo del recorrido de la rosca
partiendo del extremo del vástago en el lado de la dirección de
colocación. En la zona anterior de la rosca que durante la
colocación del tornillo autorroscante entra en contacto primero con
el subsuelo los medios cortantes están dispuestos unos cerca de
otros de manera ventajosa. En una zona opuesta al extremo en el lado
de la dirección de colocación los medios cortantes pueden estar más
separados unos de otros dado que estos medios cortantes
sustancialmente solo presentan un efecto autorroscante y solamente
sirven a una operación de colocación ventajosa del tornillo en el
subsuelo.
Preferiblemente está previsto un medio de
posicionamiento en las escotaduras para posicionar los medios
cortantes en las escotaduras. El medio de posicionamiento está
configurado de manera que favorece la adhesión y está previsto de
manera correspondiente a la posición deseada de los medios cortantes
en la sección de fondo y/o en una pared de las escotaduras. El
material de aporte se mantiene en las escotaduras en la posición
deseada durante la fabricación de los medios cortantes mediante los
medios de posicionamiento y actúa a modo de apoyo en la
configuración de la forma de los medios cortantes. Por ejemplo, los
medios cortantes formados presentan una forma ovaloide o en forma
de gota. De manera ventajosa, los medios cortantes definidos de
manera exacta sobresalen radial y/o axialmente de los lados
externos de la rosca, por lo que el proceso autorroscante se
mejora.
El medio de posicionamiento impide un
desplazamiento no deseado del material de aporte, por ejemplo, hacia
las paredes de la escotadura. En una realización ventajosa, el
medio de posicionamiento está configurado como saliente que, por
ejemplo, en la configuración de la escotadura en la rosca se
configura mediante un dispositivo de fresado. De manera
alternativa, una depresión, por ejemplo un surco en la escotadura
sirve como medio de posicionamiento para posicionar los medios
cortantes en la escotadura. Además, para la configuración del medio
de posicionamiento, una sección de la escotadura puede ser rugosa,
estar dotada de acanaladuras o moletado. Además de un tratamiento
mecánico de la escotadura también es concebible el empleo de una
solución química que, por ejemplo, mediante un efecto de ataque
químico elimina el material de la escotadura y de esta manera forma
un medio de posicionamiento para el material de aporte.
Preferiblemente, las escotaduras presentan
paredes, estando dispuestos los medios cortantes separados con
respecto a al menos una de las paredes. Con ello se facilitan
espacios libres definidos para el material desgastado, lo que lleva
a un proceso autorroscante mejorado y por lo tanto a un
comportamiento de colocación simplificado del tornillo según la
invención. En una forma de realización ventajosa del tornillo, los
medios cortantes están dispuestos solamente en la sección de fondo
de la escotadura y separados con respecto a las dos paredes
laterales de la escotadura. Esta disposición independiente de los
medios cortantes en la escotadura, por ejemplo en combinación con
una configuración ovaloide de los medios cortantes lleva a un
comportamiento de incisión o bien a un proceso autorroscante
ventajosos y por lo tanto a un comportamiento de colocación
mejorado. Por ello, por un lado disminuye el tiempo de colocación
en un tornillo, y por otro lado para colocar el tornillo debe
aplicarse un par de torsión más reducido con respecto a los
tornillos autorroscantes habituales, lo que contribuye
sustancialmente a la rentabilidad del tornillo según la
invención.
invención.
Para fabricar un tornillo según la invención, en
primer lugar al menos una rosca se dispone al menos por zonas en el
perímetro de un vástago. A continuación se entallan en la rosca
según la demanda escotaduras en forma de puntos o de líneas en las
que se dispone material de aporte como medios cortantes.
Preferiblemente el material de aporte se suelda
en la rosca mediante soldadura láser, lo que permite una fabricación
sencilla y económica del tornillo según la invención. Mediante la
soldadura láser se crean zonas de influencia térmica más reducidas
que en otros procesos de soldadura, por lo que se minimiza el grado
de fusión importante para la resistencia a la corrosión del
material de núcleo y/o de rosca. Adicionalmente, con la soldadura
láser también se reduce la mezcla de dureza entre el material de
núcleo y el material de aporte, de manera que la dureza resultante
del medio cortante debido al material de aporte seleccionado se
mantiene en gran medida.
El medio cortante se genera mediante un programa
de soldadura definido, por lo que la forma y posición del medio
cortante en la escotadura puede configurarse de manera sencilla. Los
medios cortantes soldados no necesitan ningún procesamiento
posterior adicional, por ejemplo mediante rectificado, de manera que
la dureza marginal de la capa de bordes se mantiene y se pone a
disposición para el proceso autorroscante. Además, el gasto de
acabado para la fabricación del tornillo según la invención
desciende, lo que repercute de manera ventajosa en los costes de
fabricación del mismo.
Por ejemplo, para crear un primer punto de
soldadura en la sección de fondo de la escotadura, por ejemplo, en
la zona del medio de posicionamiento para posicionar el medio
cortante se genera un baño de soldadura, a continuación se añade
material de aporte y éste se enfría ligeramente. Durante el
movimiento ascendente de la cabeza de soldadura láser se alimenta
de nuevo material de aporte y por lo tanto se coloca un segundo
punto de soldadura sobre el primer punto de soldadura todavía no
solidificado. Con este procedimiento se reduce considerablemente la
mezcla entre el medio cortante y el material de núcleo del tornillo,
de manera que se proporciona una dureza suficiente del medio
cortante al conservar la resistencia a la corrosión del
tornillo.
En una forma de realización alternativa del
tornillo se realiza una aleación en el material de aporte.
Especialmente, en una configuración de las escotaduras, en la que
las secciones de fondo de las escotaduras no llegan al núcleo, para
garantizar la resistencia a la corrosión del vástago las paredes de
las escotaduras pueden fusionarse localmente o bien por zonas.
Adicionalmente pueden añadirse materiales de aleación, como por
ejemplo, aceros endurecibles, carbono o polvos de aleación
habituales empleados para la formación de metal duro, por lo que se
consigue una dureza mayor y por lo tanto un elevado mantenimiento de
la propiedad cortante.
A partir de la siguiente descripción de los
detalles y de la totalidad de las reivindicaciones resultan formas
de realización y combinaciones de características ventajosas
adicionales de la invención.
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A continuación se explica más detalladamente la
invención mediante dos ejemplos de realización. Muestran:
la figura 1, una vista lateral longitudinal de
un tornillo autorroscante según la invención;
la figura 2, una sección transversal a lo largo
de la línea II-II de la figura 1;
la figura 3, una variante del tornillo
autorroscante según la invención en sección transversal;
la figura 4, un corte detallado de una sección
transversal de un tornillo autorroscante según la invención con una
variante de la configuración del medio cortante dispuesto en una
escotadura; y
la figura 5, un corte detallado de una sección
transversal de un tornillo autorroscante según la invención con una
variante adicional de la configuración del medio cortante dispuesto
en una escotadura.
Fundamentalmente, las mismas partes en las
figuras están dotadas de los mismos números de referencia.
El tornillo 11 autorroscante resistente a la
corrosión representado en las figuras 1 y 2, de un material base
con un contenido de carbono inferior al 0,5% en peso, por ejemplo
con un contenido de carbono de 0,1% en peso presenta un vástago 12,
una cabeza 13 de tornillo dispuesta en un extremo del vástago 12, y
una rosca 14 dispuesta por zonas en el perímetro del vástago 12. En
la rosca 14, varias escotaduras 15 están configuradas como
escotaduras lineales en las que se realiza una aleación del material
de aporte como medio 16 cortante. El material de aporte presenta un
contenido de carbono inferior al 0.8% en peso, por ejemplo un
contenido de carbono de 0,7% en peso. La separación angular A de
las escotaduras 15 y por lo tanto de los medios 16 cortantes entre
sí a lo largo del recorrido de la rosca 14 aumenta desde el extremo
17 del vástago 12 en el lado de la dirección de colocación. Las
escotaduras 15 presentan una extensión L1 en la dirección del
recorrido de la rosca 14 que corresponde al triple de la extensión
H1 radial de la rosca 14. Las escotaduras 15 presentan además una
profundidad T1 en la dirección radial con respecto al vástago, cuya
magnitud es menor que la magnitud de la extensión H1 radial de la
rosca 14, de manera que la sección 18 de fondo de la escotadura 15
está separada con respecto al perímetro 19 externo del vástago 12.
Los medios 16 cortantes llegan en su extensión radial hasta el
perímetro externo o bien diámetro D1 externo de la rosca 14.
Mediante la disposición del material de aporte
en las escotaduras 15 y la fabricación del tornillo 11, los medios
16 cortantes creados presentan una dureza superior a 600 HV,
mientras que el tornillo 11 presenta en sí una dureza de desde 150
HV a 400 HV. Por lo tanto se garantiza un mantenimiento de la
propiedad cortante suficiente del tornillo 11 también durante la
colocación del mismo, por ejemplo, en hormigón.
El tornillo 21 representado de manera singular
en sección en la figura 3 presenta también, como el tornillo 11
según las figuras 1 y 2 escotaduras 25 para alojar el material de
aporte que sirve como medio 26 cortante, estando configuradas las
escotaduras 25 en esta forma de realización como escotaduras de
punto y el material de aporte está soldado en las escotaduras 25.
Los medios 26 cortantes llegan en su extensión radial más allá del
perímetro exterior o diámetro D2 externo de la rosca 24 y sobresalen
de la rosca 24. Las escotaduras 25 presentan una extensión L2 en la
dirección del recorrido de la rosca 24 que corresponde a la
extensión H2 radial de la rosca 24.
En el corte detallado de una sección transversal
a través del tornillo 31 según la figura 4 está representado un
medio 36 cortante en forma ovaloide que está configurado en la
escotadura 35 de la rosca 34 por medio de soldadura láser. Para el
posicionamiento del medio 36 cortante formado de material de aporte
en la escotadura 35, en la sección 38 de fondo está previsto un
saliente 42 configurado como medio 41 de posicionamiento. Para
crear dos espacios 43 libres para el material desprendido, el medio
36 cortante está dispuesto separado con respecto a las paredes
39.
Para fabricar el tornillo 31 autorroscante según
la invención se crean las escotaduras 35 en la rosca 34 por ejemplo
por una herramienta de fresado, configurándose al mismo tiempo el
saliente 42. A continuación, con un aparato de soldadura láser se
genera un baño de soldadura y se alimenta material de aporte,
generándose mediante un ligero enfriamiento un primer punto 44 de
soldadura. Durante el movimiento ascendente de la cabeza de
soldadura se alimenta de nuevo material de aporte, colocándose un
segundo punto 45 de soldadura sobre el primer punto 44 de soldadura
todavía no solidificado.
En la figura 5 se muestra una variante adicional
de un tornillo 51 autorroscante según la invención en corte
detallado. En la sección 58 de fondo de la escotadura 55 dispuesta
en la rosca 54 está previsto un surco 62 como medio 61 de
posicionamiento que actúa de un modo que amplía la superficie, y en
la disposición del medio 56 cortante en la escotadura 55 mantiene a
éste en la posición deseada. El medio 56 cortante en esta
realización está dispuesto en contacto con la pared 60 y separado
respecto a ésta para crear un espacio 63 libre con respecto a la
pared 59.
Claims (10)
1. Tornillo (11; 21; 31; 51) autorroscante,
especialmente un tornillo autorroscante de un metal resistente a la
corrosión con un vástago (12) y al menos una rosca (14; 24; 34; 54)
dispuesta al menos por zonas en el perímetro de éste, estando
dispuestos varios medios (16; 26; 36; 56) cortantes en escotaduras
(15; 25; 35; 55) en la rosca (14; 24; 34; 54) cuya dureza es mayor
que la dureza de la rosca (14; 24; 34; 54), caracterizado
porque los medios (16; 26; 36; 56) cortantes están configurados como
material de aporte dispuesto en las escotaduras (15; 25; 35;
55).
2. Tornillo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material de aporte presenta un
contenido de carbono inferior a 0,8% en peso.
3. Tornillo según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque las escotaduras (25) para alojar el
material de aporte están configuradas como escotaduras de
punto.
4. Tornillo según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque las escotaduras (15; 35; 55) para alojar
el material de aporte están configuradas como escotaduras
lineales.
5. Tornillo según una de las reivindicaciones 1
a 4, caracterizado porque las escotaduras (15; 25; 35; 55)
presentan una sección (18; 38; 58) de fondo que está separada
radialmente con respecto al perímetro (19) exterior del vástago
(12).
6. Tornillo según una de las reivindicaciones 1
a 5, caracterizado porque las separaciones (A) de las
escotaduras (15) entre sí aumentan a lo largo del recorrido de la
rosca (14) partiendo del extremo (17) del vástago (12) en el lado
de la dirección de colocación.
7. Tornillo según una de las reivindicaciones 1
a 6, caracterizado porque está previsto un medio (41; 61) de
posicionamiento en las escotaduras (35; 55) para posicionar los
medios (36; 56) cortantes en las escotaduras (35; 55).
8. Tornillo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el medio (41) de posicionamiento está
configurado como un saliente (42).
9. Tornillo según una de las reivindicaciones 1
a 8, caracterizado porque las escotaduras (15; 25; 35; 55)
presentan paredes (39; 59; 60), y los medios cortantes están
dispuestos separados con respecto a al menos una de las paredes
(39; 59).
10. Procedimiento para fabricar un tornillo (11;
21; 31; 51) según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que en
primer lugar se crea un tornillo (11; 21; 31; 51) con al menos una
rosca (14; 24; 34; 54) dispuesta al menos por zonas en el perímetro
de un vástago (12) y a continuación en la rosca (14; 24; 34; 54) se
entallan escotaduras (15; 25; 35; 55), caracterizado porque
como medio (16; 26; 36; 56) cortante se dispone en las escotaduras
(15; 25; 35; 55) material de aporte por medio de soldadura
láser.
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