ES2337065T3 - Tormillo de seguridad, sistema correspondiente y procedimiento para atornillar el tornillo de seguridad. - Google Patents
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Abstract
Tornillo de seguridad (1) con un área roscada (3) dispuesta entre un primer extremo (31) y un segundo extremo opuesto en dirección longitudinal (32) que presenta, al menos en una sección de su extensión axial, una rosca exterior (7) para atornillar el tornillo de seguridad en un objeto, y el tornillo de seguridad presenta un orificio (10) abierto hacia, al menos, el primer extremo, caracterizado porque el orificio (10) presenta un soporte axial (33) para un elemento de empuje (30) que se puede introducir en el orificio (10) mediante el cual se puede introducir una fuerza de presión en el tornillo de seguridad en el soporte (33) al atornillar el tornillo de seguridad, y simultáneamente se puede introducir una fuerza de tracción en una sección del tornillo de seguridad que se encuentra más próxima al primer extremo (31), y de esta manera se puede ejercer sobre el tonillo de seguridad una tensión de tracción que provoca el desprendimiento.
Description
Tornillo de seguridad, sistema correspondiente y
procedimiento para atornillar el tornillo de seguridad.
La presente invención hace referencia a un
tornillo de seguridad, un dispositivo de unión por tornillos con un
tornillo de seguridad de este tipo, un sistema compuesto por un
tornillo de seguridad y un elemento de empuje, así como un
procedimiento para atornillar el tornillo de seguridad.
En la técnica de unión por tonillos de
conductores de cables para la ingeniería eléctrica, por ejemplo, se
exige que el tornillo de seguridad de los elementos de unión,
especialmente de bornes roscados, se corten siempre cerca de la
superficie del cuerpo de bornes, y especialmente que los elementos
de unión no sobresalgan de la superficie del cuerpo de bornes, ya
que luego sobre el cuerpo de bornes se colocan capas aislantes, por
ejemplo manguitos aislantes, y cualquier saliente del cuerpo de
bornes puede dañar estas capas aislantes.
De la WO 96/31706 se conoce un medio de fijación
en el que los pares de apriete de cizallamiento aumentan desde la
punta del tornillo hacia la cabeza del tonillo. Estos medios de
fijación presentan discretos puntos de rotura controlada, que se
encuentran definidos por incisiones en el perno roscado.
De la EP 0 692 643 A1 se conoce un medio de
fijación con discretos puntos de rotura controlada, que se
encuentran definidos por incisiones en la rosca exterior. Un
orificio escalonado axial en el área roscada presenta un diámetro
que aumenta en dirección al extremo cercano a la zona de la cabeza.
En las áreas roscadas entre los puntos de rotura controlada, el
espesor de la pared que resulta entre el orificio y la rosca
exterior es constante.
También la EP 0 984 176 A1 presenta un tornillo
de seguridad con discretos puntos de rotura controlada. En las
áreas roscadas entre los puntos de rotura controlada, también aquí
el espesor de la pared que resulta entre el orificio y la rosca
exterior es constante.
De la DE 199 60 198 A1 se conoce un tornillo de
apriete que también presenta discretos puntos de rotura controlada.
En un alojamiento de herramienta se puede colocar un elemento
distanciador que forma un tope para la introducción de una
herramienta que atornilla el tornillo de apriete. Mediante la
elección de la longitud del elemento distanciador se puede
determinar el punto de rotura controlada que actúa al accionar la
herramienta.
De la DE 103 12 147 A1 se conoce un tornillo de
seguridad con una rosca interior continua, al menos por secciones,
y con un orificio, con lo que el espesor de la pared que resulta en
el área roscada entre el orificio y la rosca exterior aumenta
continuamente, partiendo de un extremo alejado de la cabeza y hacia
un extremo cercano a la cabeza.
De la DE 102 34 475 A1 se conoce un tornillo de
seguridad con múltiples puntos de rotura controlada separados
axialmente que forman una serie de planos de cizallamiento. El
vástago que porta la rosca exterior continua posee un orificio de
agujero ciego axial, a partir del cual que se forman muescas
distanciadas axialmente hacia fuera y realizadas en el material del
vástago.
La EP 1 376 764 A2 muestra un tornillo de
seguridad múltiple que presenta un cuerpo cilíndrico con una rosca
exterior continua, y una cabeza que en un extremo del cuerpo
presenta superficies de agarre para una herramienta de
accionamiento. Para ello se encuentran previstos múltiples puntos de
rotura controlada separados axialmente, que forman una serie de
planos de cizallamiento. En este caso el cuerpo presenta un vástago
central con sección transversal no redonda, en el que se encuentran
realizadas escotaduras radiales separadas axialmente, así como uno
o más discos que se encuentran encajados en el vástago.
La EP 0 688 960 A1 muestra un tornillo de
seguridad con una sección de rosca exterior, una sección de cabeza,
una sección de estrechamiento que forma un punto de rotura
controlada que se encuentra previsto entre la sección de la rosca
exterior y la sección de cabeza, así como una sección terminal que
posibilita un contacto de apriete. El tornillo de seguridad
presenta, además, un manguito roscado que se extiende, al menos
parcialmente, a lo largo de una sección de rosca exterior y que a
su vez presenta una rosca exterior.
La EP 0 634 811 A1 presenta un tornillo de
seguridad con un cuerpo roscado que presenta una rosca exterior,
así como una cabeza de cizallamiento con una superficie de agarre
para una herramienta. Entre el cuerpo roscado y la cabeza de
cizallamiento se encuentra un área de transición que posee un
diámetro exterior menor que el cuerpo roscado y la cabeza de
cizallamiento. El área de transición se estrecha de forma creciente
desde la cabeza de cizallamiento hacia el cuerpo roscado y finaliza
en una ranura de cizallamiento que transcurre en dirección
perimetral. Esta se encuentra a más profundidad que el extremo
superior del cuerpo roscado dirigido hacia la cabeza de
cizallamiento.
La EP 0 470 388 A2 muestra un tornillo de
seguridad con una sección roscada, una sección de cabeza y un área
que se estrecha y que se encuentra dispuesta entre las mismas. En la
sección de cabeza y, al menos, parcialmente hacia el interior de la
sección roscada se extiende una entalladura interior, con lo que en
el área de la sección de cabeza se encuentra previsto un
dispositivo de seguridad en la entalladura interior, de manera que
la entalladura interior en el área de la sección roscada no es
accesible antes del desprendimiento y recién se puede acceder a la
misma después del desprendimiento de la sección de cabeza.
La WO 02/18803 A1 muestra un tornillo de
seguridad con una sección de cabeza, una sección roscada y un área
que se estrecha y que se encuentra dispuesta entre las mismas, con
lo que a lo largo del área de cabeza, el área que se estrecha y
hasta el área roscada se extiende un orificio. El orificio se
encuentra relleno con un material viscoso, elástico o un metal
dulce a través del cual se debe evitar un lanzamiento hacia fuera
de la sección desprendida.
Todos los tornillos de seguridad conocidos
presentan discretos puntos de rotura controlada con una o más
interrupciones de la rosca portante. Esto puede ser desventajoso
cuando el tornillo de seguridad se rompe en un punto introducido en
el cuerpo de bornes, sin embargo, la cantidad de vueltas de rosca
que se encuentran en el agarre sólo es reducida y por ello la
fiabilidad de la unión por tornillos establecida no se encuentra
garantizada de manera suficiente.
En el caso de los tornillos de seguridad
conocidos, el desprendimiento se realiza esencialmente debido a
tensiones de torsión que sobrepasan la resistencia del tornillo de
seguridad. Debido a la alta resistencia condicionada por la
construcción, frente a las solicitaciones a la torsión se requieren
espesores de material reducidos en el área de los puntos de
cizallamiento previstos, que sólo permiten tolerancias de
elaboración bajas durante la fabricación. También el coste para la
puesta a disposición de la superficie de agarre de la herramienta
en la cabeza del tornillo de los tornillos de seguridad conocidos es
alto.
Es por ello objeto de la presente invención
poner a disposición un tornillo de seguridad que supere las
desventajas del estado actual del arte. El tornillo de seguridad
conforme a la invención debe, especialmente, cortarse de manera
fiable en el punto adecuado y garantizar de forma duradera una unión
mecánica y eléctricamente estable. Además, el tornillo de seguridad
se debe poder fabricar de forma económica.
Esta tarea es resuelta por el tornillo de
seguridad determinado en la reivindicación 1. Tipos de ejecución
especiales de la invención se indican en las reivindicaciones
secundarias. Un dispositivo correspondiente para la unión por
tornillos, especialmente de conductores eléctricos con otros
conductores y/o con un cuerpo de bornes, un sistema compuesto por
tornillo de seguridad y elemento de empuje, así como un
procedimiento para atornillar un tornillo de seguridad se indican
en las reivindicaciones secundarias.
Debido a que el desprendimiento ya no se realiza
esencialmente a través de las fuerzas de torsión generadas, sino a
través de tensiones de tracción, la pared del tornillo de seguridad
se puede realizar de manera más gruesa, de manera que son posibles
mayores tolerancias de fabricación y sin embargo se conservan de
forma especialmente fiable los pares de apriete de cizallamiento
predeterminados y de forma precisa las fuerzas de fijación
predeterminadas.
Por ello también resulta un comportamiento de
rotura ventajoso, especialmente no se produce una rotura brusca
sino que el proceso de desprendimiento transcurre de manera
continua. La sección desprendida del tornillo de seguridad no es
lanzada hacia afuera como sucede en el caso de algunos tornillos de
seguridad conocidos, sino que cae con una aceleración mínima. De
esta manera se excluye un peligro de lesiones para el montador y
las secciones desprendidas pueden ser recogidas y recolectadas sin
problemas, de manera que también queda excluido un peligro de
cortocircuitos debido a secciones desprendidas del tornillo de
seguridad que quedan esparcidas.
El tornillo de seguridad presenta, distanciada
axialmente del soporte para el elemento de empuje y en una sección
más próxima al primer extremo del tornillo de seguridad, otra
superficie de agarre, en la que al atornillar el tornillo de
seguridad se pueden introducir en el mismo las fuerzas de tracción
que provocan el desprendimiento.
Preferentemente, el orificio en el tornillo de
seguridad se encuentra realizado como orificio de agujero ciego. La
superficie de la base del orificio forma el soporte para el elemento
de empuje. El orificio también puede estar previsto como orificio
escalonado, también como perforación pasante escalonada, con lo que
determinados escalones asignados forman el soporte para el elemento
de empuje. El orificio puede presentar además una superficie de
agarre de herramienta, preferentemente en el área del soporte, a
través de la cual el tornillo de seguridad se puede soltar y/o
seguir atornillando después del desprendimiento.
Para ello, el tornillo de seguridad se puede
atornillar, por ejemplo en un cuerpo de bornes, a través del
elemento de empuje, que a tal fin presenta una superficie de agarre
de herramienta. Especialmente no es necesario que el tornillo de
seguridad mismo presente una superficie de agarre de herramienta. De
esta manera, el procedimiento de fabricación del tornillo de
seguridad se simplifica aún más, especialmente el tornillo de
seguridad puede estar conformado esencialmente, a excepción de
roscas que deben ser previstas, con una simetría de rotación.
Los tornillos de seguridad conforme a la
invención pueden presentar los discretos puntos de rotura controlada
conocidos del estado actual del arte que se realizan, por ejemplo,
mediante incisiones radiales en el tornillo de seguridad, desde el
exterior o desde el interior en la pared en el área del
orificio.
Debido a que en el orificio que parte en
dirección axial desde el primer extremo el tornillo de seguridad
presenta en principio una rosca interior, y que distanciado del
primer extremo presenta un soporte en el que se puede apoyar un
elemento de empuje que se puede introducir en el orificio, a través
del atornillamiento del elemento de empuje en el tornillo de
seguridad se puede generar una tensión de tracción que esencialmente
es responsable de un desprendimiento. El elemento de empuje genera
una tensión de tracción en el tornillo de seguridad y por ello
también puede ser denominado elemento de tensión de tracción o
elemento de tensión.
En el caso de la rosca interior se trata,
preferentemente, de una rosca métrica con uno o múltiples pasos de
rosca. Para muchos casos de aplicación es ventajoso, si el diámetro
de la rosca interior es en lo posible grande, para que se puedan
introducir fuerzas de tracción lo suficientemente grandes en el
tornillo de seguridad. Para algunos casos de aplicación es
ventajoso, si la inclinación de la rosca es en lo posible grande. De
manera alternativa o complementaria a una rosca también se puede
utilizar cualquier otra disposición constructiva que conduzca a un
movimiento acoplado de giro y elevación, a través del cual el
elemento de empuje también es desplazado en dirección axial durante
el giro, y con lo que el apoyo en el soporte introduce una tensión
de tracción en el tornillo de seguridad.
Preferentemente, el orificio presenta un ancho
menor en el área de la rosca interior que en un área más alejada
del primer extremo. Esto puede estar realizado, por ejemplo, a
través de una muesca. En un tipo de ejecución tal se puede utilizar
como elemento de empuje un tornillo prisionero cilíndrico
convencional, por ejemplo. En cambio, una muesca de este tipo no es
necesaria si como elemento de empuje se utiliza un tornillo
prisionero, que además de una sección que presenta una rosca
exterior presenta también una sección en forma de cono, que en
relación a la rosca exterior presenta un diámetro menor.
En un tipo de ejecución especial de la
invención, el espesor de la pared que resulta en el área roscada
entre el orificio y la rosca exterior aumenta al menos en una
sección de su extensión axial, en dirección al primer extremo.
Contrariamente al estado actual del arte, debido a esto no sólo se
encuentran realizados discretos puntos de rotura controlada, sino
que a lo largo de un área de, preferentemente, varios milímetros o
incluso centímetros resultan continuamente posibles puntos de
desprendimiento, a través de los cuales el tornillo de seguridad
puede desprenderse siempre a ras de la superficie de un cuerpo de
bornes, por ejemplo. Este diseño también puede ser combinado con
los discretos puntos de rotura controlada conocidos del estado
actual del arte.
En una forma de ejecución preferente, el primer
punto de desprendimiento posible con el menor par de apriete de
cizallamiento se encuentra en el extremo del lado de la base del
orificio. El par de apriete de cizallamiento aumenta hacia el
primer extremo, preferentemente de manera continua, especialmente de
manera ininterrumpida y uniforme o incuso lineal a lo largo de la
longitud axial. La pared que resulta en el área roscada entre el
orificio y la rosca exterior presenta un espesor que preferentemente
es mucho menor que el diámetro del orificio, especialmente menor al
50% del diámetro del orificio y preferentemente menor al 10% del
diámetro del orificio. El espesor depende, finalmente, del material
utilizado para el tornillo de seguridad y del par de apriete de
cizallamiento deseado. En el caso de conectores roscados para la
tecnología de abastecimiento de energía, los valores típicos para
el espesor de la pared son de algunas décimas de milímetros hasta
algunos milímetros.
En un tipo de ejecución especial, el diámetro
del orificio aumenta continuamente a lo largo de, al menos, una
sección de su extensión axial, partiendo del primer extremo y hacia
el segundo extremo. Preferentemente, el orificio es cónico a lo
largo de, al menos, una sección de su extensión axial, con lo que el
ángulo formado entre las superficies cónicas asciende a menos de
5º, especialmente a menos de 2º y preferentemente a aproximadamente
0,8º.
De forma alternativa o complementaria a una
modificación del diámetro del orificio, la modificación del espesor
de la pared también puede ser realizada por una modificación del
contorno exterior del tornillo de seguridad, por ejemplo a través
de una forma cónica del tornillo de seguridad, al menos por
secciones, a lo largo del eje longitudinal en el área entre la
rosca exterior y el orificio. Así, por ejemplo, la superficie de
revestimiento del tornillo de seguridad que porta la rosca exterior
puede estar conformada cónicamente. Para ello, el cono puede ser
fabricado antes de entallar la rosca exterior, por ejemplo mediante
una correspondiente torsión excesiva de la superficie de
revestimiento, o durante el tallado de la rosca exterior, por
ejemplo mediante un correspondiente avance radial de la herramienta
para tallar roscas durante el tallado de la rosca.
A través del orificio cónico, el par de apriete
de cizallamiento aumenta continuamente en dirección al primer
extremo, de manera que el tornillo se rompe lo más alejado posible
del primer extremo. La rosca receptora, por ejemplo de un cuerpo de
bornes, sirve como apoyo de la rosca exterior y garantiza que el
tornillo siempre se rompa en el punto en el que el tornillo
sobresale del cuerpo de bornes.
En un tipo de ejecución especial, la pared
presenta, al menos, una entalladura que parte del orificio y que se
extiende radialmente en la pared. El orificio en el área de rosca no
puede ser, por ejemplo, continuamente cónico, sino que también debe
presentar escalones, incisiones o estrías que permitan realizar
escalonamientos bien determinados en el par de apriete de
cizallamiento y/o predeterminar el par de apriete de cizallamiento
en un área de la sección transversal de desprendimiento. De esta
manera, el área de sección transversal de la pared puede diferir de
la forma de anillo circular, por ejemplo a través del moldeo en el
orificio de un cilindro o incluso de un cono con una base diferente
a la forma circular, mediante el entallado de una rosca en el
orificio, mediante el punzonamiento en el orificio de ranuras que
transcurren en dirección axial o en dirección perimetral, o
similares.
Debido a que la rosca exterior transcurre
preferentemente de forma ininterrumpida, y especialmente no presenta
incisiones que definen los discretos puntos de rotura controlada, a
lo largo de toda el área de la longitud de la rosca que se
encuentra en el agarre resulta una resistencia de rotura de la rosca
que siempre es alta. Por ello también son posibles pares de apriete
más grandes. En el caso de los conductores de aluminio con
secciones transversales de los conductores de más de 100 mm^{2} y
de la forma constructiva redonda/multifilar/comprimida
frecuentemente usados en la ingeniería eléctrica esto es ventajoso,
especialmente, debido al problema de la conductibilidad en
derivación entre los alambres individuales oxidados del conductor en
el punto de contacto.
Dado que el tornillo puede romperse en puntos
continuos, independientemente de la profundidad de atornillamiento,
se evita que el área roscada sobresalga del cuerpo de bornes. La
coordinación geométrica del sistema de unión compuesto por cuerpo
de bornes y tornillo de seguridad, que en el caso de tornillo de
seguridad conocidos es costosa y sólo se puede determinar
empíricamente, el posicionamiento del conductor sujetado así como el
posicionamiento de la incisión de desprendimiento del tornillo se
puede suprimir. El punto de desprendimiento óptimo para el usuario
en el área de la sección transversal asignada de un conductor a
contactar se encuentra garantizado, independientemente de si como
material conductor se utiliza cobre, aluminio u otro material, e
independientemente de una posible oscilación del diámetro del
conductor, por ejemplo debido a tolerancias admisibles a este
respecto o debido a una compresión del conductor. La prueba
necesaria para determinar la posición de la incisión de
desprendimiento del tornillo y si el par de apriete de cizallamiento
se alcanza sin dañar la rosca también puede suprimirse.
En el caso de cables de energía, para la unión
por tornillos es necesario aplicar una fuerza mínima a través del
par de apriete del tornillo para mantener siempre baja la
resistencia de contacto eléctrica. Si se utilizan los tornillos de
seguridad conforme a la invención, la rosca en el cuerpo de bornes
puede acortarse, manteniendo la misma resistencia mecánica que en
el caso de los tornillos de seguridad conocidos. De esta manera es
posible construir, con la misma función, el borne de unión por
tornillos con un diámetro exterior menor y/o con un orificio
interior mayor.
En este caso, los diámetros exteriores más
pequeños poseen la ventaja de que se pueden construir bornes de
unión por tornillos más delgados, que caben en guarniciones más
pequeñas y, con ello, más económicas, como por ejemplo manguitos
aislantes. Además, los orificios interiores más grandes poseen la
ventaja de que el área de sección transversal de cable accionable
se encuentra ampliado y por ello es posible la asignación de una
guarnición determinada a una mayor cantidad de tipos de conductores
de cable, por lo que se disminuyen, por ejemplo, los costes de
almacenamiento para el usuario.
El tornillo de seguridad conforme a la invención
también es más económico en su fabricación, ya que las incisiones
delgadas y profundas en la rosca exterior necesarias de acuerdo al
estado actual del arte pueden suprimirse. La exactitud dimensional
y la reproducibilidad de las incisiones a realizar de acuerdo al
estado actual del arte definen, además, la exactitud del par de
apriete de cizallamiento predeterminado. Por este motivo, de
acuerdo al estado actual del arte, hasta ahora la tolerancia de
medición entre la rosca del tornillo y la rosca del cuerpo de
bornes se debe escoger de forma muy reducida, ya que claramente
existe menos superficie roscada portante entre el tornillo de
seguridad y el cuerpo de bornes disponible. Con el tornillo de
seguridad conforme a la invención se puede determinar de manera
menos precisa la tolerancia de fabricación, manteniendo la misma
funcionalidad, lo que hace posible una producción más rentable.
La aplicación del tornillo de seguridad conforme
a la invención se realiza preferentemente en el área de la
tecnología de conexión eléctrica, pero también puede ser utilizado
para cualquier necesidad de sujeción o conexión mecánica,
especialmente para aquellas conexiones que después de realizado el
ajuste y el desprendimiento no pueden ser soltadas con la misma
herramienta.
El par de apriete de cizallamiento, que en el
caso del tornillo de seguridad conforme a la invención aumenta en
dirección al primer extremo, genera que en el caso de un borne de
conexión eléctrica por tornillos, un conductor pequeño en el que el
tornillo de apriete es introducido aún más en el cuerpo de bornes
experimente una fuerza de apriete mayor hasta el desprendimiento
del tornillo que un conductor más grande. Para contrarrestar este
efecto, no deseado en algunos casos de aplicación, la rosca exterior
puede ser ejecutada de manera que, a partir de un primer punto de
desprendimiento admisible en dirección al primer extremo, sea más
difícil de girar.
La presente invención hace referencia también a
un dispositivo para la unión por tornillos, especialmente de
conductores eléctricos, preferentemente en un borne de conexión por
tornillos, con al menos un tornillo de seguridad conforme a la
invención que se atornilla en un cuerpo de bornes.
La presente invención también hace referencia a
un sistema que presenta un tornillo de seguridad y un elemento de
empuje, mediante el cual se puede introducir una fuerza de presión
en el tornillo de seguridad a través de rotación sobre o en una
rosca del tornillo de seguridad en un soporte, y esta rosca se
encuentra dispuesta en un área entre el soporte y el primer
extremo, y simultáneamente, mediante el elemento de empuje en el
área de la rosca se puede introducir una fuerza de tracción en el
tornillo de seguridad, y de esta manera se puede ejercer sobre el
tornillo de seguridad una tensión de tracción que provoca el
desprendimiento.
En este caso, durante el desprendimiento no se
generan forzosamente sólo tensiones de tracción, las cargas
generadas pueden ser complejas y especialmente contener tanto
tensiones de tracción como también tensiones de torsión, y en todo
caso las tensiones de tracción introducidas por el elemento de
empuje en el tornillo de seguridad también son responsables de un
desprendimiento del tornillo de seguridad. Para ello se puede
utilizar, por ejemplo, un elemento de empuje en forma de una clavija
cilíndrica que es colocada en el orificio del tornillo de seguridad
y cuyo largo se escoge de manera tal, que sobresalga del tornillo de
seguridad. A continuación se puede atornillar, por ejemplo, una
tuerca de sombrerete sobre la rosca exterior del tornillo de
seguridad, y presionar con su lado interior sobre la clavija
cilíndrica y de esta manera, al atornillarlo más, introducir
fuerzas de presión en el tornillo de seguridad en el área del
soporte y simultáneamente fuerzas de tracción en el tornillo de
seguridad, a través de la rosca exterior. En este caso es
especialmente ventajoso, que en el orificio del tornillo de
seguridad no se debe prever una rosca interior.
En un tipo especial de ejecución, el elemento de
empuje presenta una superficie de agarre de herramienta y una rosca
exterior con la que se puede atornillar en una rosca interior en el
orificio del tornillo de seguridad, el elemento de empuje puede
estar conformado, por ejemplo, como tornillo prisionero.
La presente invención hace referencia también a
un procedimiento para atornillar un tornillo de seguridad, en el
que en el orificio se coloca un elemento de empuje que en el
orificio se apoya axialmente en un soporte distanciado del primer
extremo, y mediante el cual al atornillar el tornillo de seguridad
en el soporte se introduce una fuerza de presión en el tornillo de
seguridad y simultáneamente se introduce una fuerza de tracción en
una sección más próxima al primer extremo del tornillo de seguridad
s, y de esta manera se ejerce una tensión de tracción sobre el
tornillo de seguridad, que provoca el desprendimiento.
Después del desprendimiento, la sección
desprendida puede ser extraída del elemento de empuje y el elemento
de empuje puede ser utilizado nuevamente. El elemento de empuje
también puede estar conformado como cabeza intercambiable de una
llave tubular, por ejemplo también de una herramienta accionada por
motor, con lo que el montaje se facilita aún más.
Otras ventajas, características y detalles de la
invención resultan de las reivindicaciones secundarias y de la
siguiente descripción, en la que con ayuda de los dibujos se
describen en detalle múltiples ejemplos de ejecución. Para ello,
las características mencionadas en las reivindicaciones y la
descripción pueden ser esenciales para la invención de forma
individual o en cualquier combinación.
Fig. 1 muestra una vista lateral de un primer
ejemplo de ejecución de un tornillo de seguridad conforme a la
invención,
Fig. 2 muestra un corte a lo largo de
II-II del primer ejemplo de ejecución de la fig.
1,
Fig. 3 muestra una vista lateral de un segundo
ejemplo de ejecución de un tornillo de seguridad conforme a la
invención,
Fig. 4 muestra un corte a lo largo de
IV-IV del segundo ejemplo de ejecución de la fig.
3,
Fig. 5 muestra una vista en perspectiva del
segundo ejemplo de ejecución de la fig. 3,
Fig. 6 muestra una vista lateral del segundo
ejemplo de ejecución con un elemento de empuje atornillado,
Fig. 7 muestra un corte a lo largo de
VII-VII del ejemplo de ejecución de la fig. 6,
Fig. 8 muestra una vista en perspectiva del
segundo ejemplo de ejecución de la fig. 6,
Fig. 9 muestra una sección transversal a través
de un tercer ejemplo de ejecución de un tornillo de seguridad
conforme a la invención, y
Fig. 10 muestra una sección transversal a través
de un borne de conexión por tornillos conforme a la invención.
La fig. 1 muestra una vista lateral de un primer
ejemplo de ejecución de un tornillo de seguridad conforme a la
invención 1, que presenta un área de cabeza 2 y un área roscada 3,
que la continúa y se encuentra conformada en una sola pieza con el
área de cabeza 2. El área de cabeza 2 presenta una extensión 5 de
pocos milímetros en dirección al eje longitudinal 4 y forma una
superficie de agarre de herramienta 6 en forma de un hexágono
exterior.
En el ejemplo de ejecución, una rosca exterior 7
se extiende a lo largo la longitud, esencialmente axial, del área
de rosca 3. El área de rosca 3 presenta además, centralmente en
relación al eje longitudinal 4 y preferentemente en simetría de
rotación, un orificio 10 que se extiende hasta más allá de la mitad
de la extensión axial del área de rosca 3. En un extremo alejado
del área de cabeza 2, el área de rosca 3 se encuentra conformado en
forma de casquete esférico con un radio de, por ejemplo,
aproximadamente 20 mm. En el primer ejemplo de ejecución, la
longitud total 9 del tornillo de seguridad 1 asciende a
aproximadamente 30 mm.
La fig. 2 muestra un corte a lo largo de
II-II del ejemplo de ejecución de la fig. 1 del
tornillo de seguridad 1 conforme a la invención. El diámetro 11 del
orificio 10 en el área de cabeza 2 es algunas décimas de milímetro
hasta unos pocos milímetros menor que el diámetro 12 en el extremo
inferior del orificio 10. En el ejemplo de ejecución, el ángulo 13
del orificio cónico 10 asciende a menos de 2º, especialmente a
aproximadamente 1º. Al igual que el espesor 14 de la pared 18 entre
el orificio 10 y la rosca exterior 7, este ángulo 13 depende del
par de apriete y del par de apriete de cizallamiento a aplicar
considerando el material del tornillo de seguridad 1. Para el
espesor 14 de la pared 18 resulta, por ejemplo en el caso de un
tornillo de seguridad 1 con una rosca exterior métrica M 18 7 y un
par de apriete de cizallamiento deseado de entre 10 y 50 Nm,
especialmente de entre 25 y 35 Nm, un valor de aproximadamente 1 mm.
La profundidad del orificio 10 a lo largo del eje longitudinal 4
determina, en el primer ejemplo de ejecución, un primer punto de
desprendimiento admisible del tornillo de seguridad 1.
\newpage
El tornillo de seguridad 1 preferentemente se
encuentra fabricado en una sola pieza y de un material con una
conductividad eléctrica lo suficientemente alta, por ejemplo de
latón. Para reducir la resistencia de contacto en el caso de un
conector eléctrico roscado, el tornillo de seguridad 1 presenta
siempre en su extremo en forma de casquete esférico un
revestimiento que fomenta el contacto, por ejemplo de estaño, que
preferentemente reduce también el coeficiente de fricción.
Preferentemente el tornillo de seguridad 1 se encuentra revestido
en toda la superficie. De esta manera resulta también un
comportamiento de atornillamiento y un comportamiento de contacto
mejorados con un cuerpo de bornes y/o un conductor eléctrico de
aluminio.
El orificio 10 se encuentra conformado como
orificio de agujero ciego y en su extremo forma un soporte 33
obtusángulo. Un elemento de empuje 30 que se puede introducir en el
orificio 10, que en el ejemplo de ejecución se encuentra conformado
como clavija cilíndrica con una sección de rosca exterior del lado
terminal, puede hacer contacto con el soporte 33. Para ello, el
tornillo de seguridad 1 y especialmente el orificio 10 presenta una
rosca interior 34 en el área de cabeza 2, en la que se puede
atornillar el elemento de empuje 30 con su rosca exterior 37. El
elemento de empuje 30 presenta, además, una superficie de agarre de
herramienta 35, que en el ejemplo de ejecución representado es un
hexágono interior.
El elemento de empuje 30 puede ser atornillado
en el elemento de sujeción 1 hasta que haga contacto con el soporte
33. Si se continúa atornillando, el elemento de empuje 30 se tensa
en el tornillo de seguridad 1. En este estado, el sistema compuesto
por tornillo de seguridad 1 y elemento de empuje 30 puede ser
alojado en un objeto hasta el momento del atornillamiento. Para el
atornillamiento inicial del tornillo de seguridad 1 en un objeto,
por ejemplo en un cuerpo de bornes, se puede accionar la superficie
de agarre de la herramienta 6 del tornillo de seguridad 1 o la
superficie de agarre de la herramienta 35 del elemento de empuje 30.
Para el desprendimiento se acciona la superficie de agarre de la
herramienta 35 del elemento de empuje 30.
En muchos casos de aplicación se puede evitar la
superficie de agarre de la herramienta 6 del tornillo de seguridad
1, con lo que el mismo se puede fabricar de manera más económica.
Para desprender el tornillo de seguridad 1 se hace encastrar una
herramienta con la superficie de agarre de la herramienta 35, y
girando la herramienta se atornilla el tonillo de seguridad 1 en el
objeto, por un lado, y por el otro, se introduce una fuerza de
presión en el tornillo de seguridad 1 mediante el elemento de empuje
30 en el soporte 33, y simultáneamente se introduce una fuerza de
tracción en el tornillo de seguridad 1 en el área de la rosca
exterior 37 del elemento de empuje, de manera tal, que si se sigue
accionando la herramienta, el tornillo de seguridad 1 se rompe en
el área entre la rosca interior 34 y el soporte 33.
La fig. 3 muestra una vista lateral de un
segundo ejemplo de ejecución de un tornillo de seguridad 101
conforme a la invención. En este caso se trata esencialmente de un
tornillo prisionero cilíndrico con una rosca exterior continua 107.
La única superficie de agarre de la herramienta del tornillo de
seguridad 101 se encuentra en la base del orificio 110 y sirve
principalmente para ajustar más o para soltar el tornillo de
seguridad 101 en estado desprendido. Si no es necesaria esta
posibilidad se puede suprimir la superficie de agarre de la
herramienta 106, y el tornillo de seguridad 101 es, salvo las
incisiones de rosca, un cuerpo con simetría de rotación en relación
al eje longitudinal 104.
El orificio 110 presenta una rosca interior 134
en su sección dirigida al primer extremo 131. En esta área el
orificio presenta un diámetro menor a otra área 136, más alejada del
primer extremo 131, en la que el espesor de la pared 118 resultante
entre el orificio 110 y la rosca exterior 107 aumenta continuamente
en dirección al primer extremo 131.
La fig. 4 muestra un corte a lo largo de
IV-IV del segundo ejemplo de ejecución de la fig. 3.
El ángulo de abertura del cono que forma el orificio 110 en el área
136 asciende nuevamente a aproximadamente 1º. Las transiciones
entre el área cónica 136 del orificio 110 y el área con la rosca
interior 134, así como la otra transición hacia el primer extremo
131 presentan en cada caso un chaflán con un ángulo de chaflán de
aproximadamente 45º. Contrariamente al primer ejemplo de ejecución,
el soporte 133 se encuentra alineado esencialmente en ángulo recto
en relación al eje longitudinal 104. El diámetro interior de la
superficie de agarre de la herramienta 106 es menor que el diámetro
de la rosca interior 134, de manera que como elemento de empuje en
el tornillo de seguridad 101 también se puede atornillar, por
ejemplo, un tornillo prisionero cilíndrico convencional que con su
extremo hace contacto con el soporte 133.
La fig. 5 muestra una vista en perspectiva del
segundo ejemplo de ejecución del tornillo de seguridad 101 de la
fig. 3. En este caso la superficie de revestimiento es un cilindro
circular y presenta esencialmente la rosca exterior 107 a lo largo
de toda la longitud axial, mientras que la rosca interior 134 sólo
se encuentra entallada en un área de unos pocos milímetros, por
ejemplo 5 a 10 mm, partiendo del primer extremo 131. La rosca
interior 134 presenta, preferentemente, una inclinación estándar,
por ejemplo una rosca métrica normal. Las geometrías de la rosca
exterior 107 y de la rosca interior 134 se encuentran coordinadas
con el par de apriete predeterminable, que debe conducir al
desprendimiento del tornillo de seguridad 101. Especialmente, la
relación del par de apriete aplicado respecto a la fuerza generada
en el tornillo de seguridad 101 debe ser esencialmente idéntica que
en la rosca interior a atornillar en el tornillo de seguridad 101.
Esto se puede poner a disposición a través del diseño geométrico de
la rosca exterior 107 y de la rosca interior 134, como también a
través de un revestimiento de estar roscas o de la utilización de
lubricantes.
La fig. 6 muestra una vista lateral del segundo
ejemplo de ejecución del tornillo de seguridad 101 con un elemento
de empuje 130 atornillado. Como se puede observar especialmente en
la representación en corte a lo largo de VII-VII de
la fig. 7, en la que se representa el elemento de empuje en 130 en
la vista, el elemento de empuje 130 es un tornillo prisionero con
forma de cilindro circular con superficies frontales planas en
ambos lados, que en cada caso se transforman en la rosca exterior
137 a través de un chaflán. Al menos en un extremo axial, el
elemento de empuje 130 presenta una superficie de agarre de
herramienta 135, a través de la cual el elemento de empuje 130 es
atornillado en el orificio 110 del tornillo de seguridad 101 y,
después de hacer tope con el soporte 133, el tornillo de seguridad
101 es atornillado en el objeto. La fig. 8 muestra una
representación en perspectiva del sistema compuesto por el tornillo
de seguridad 101 y el elemento de empuje 130.
La fig. 9 muestra una sección transversal a
través de un tercer ejemplo de ejecución del tornillo de seguridad
201. En este caso, partiendo del orificio 210, en la pared 218 se
encuentran realizadas estrías circulares 219 concéntricas al eje
longitudinal 204. Las estrías 219 pueden estar dispuestas de forma
equidistante en dirección axial o en distancias diferentes. En el
ejemplo de ejecución representado el diámetro de las estrías 219
disminuye continuamente en dirección al primer extremo 231. En lugar
de estrías distanciadas y separadas entre sí 219, en la pared 218
también puede existir una rosca de una entrada o de múltiples
entradas, cuya inclinación y/o sentido de giro es, preferentemente,
diferente al de la rosca exterior del tornillo de seguridad
201.
La fig. 10 muestra una sección transversal a
través de un borne de conexión por tornillos 20 conforme a la
invención para la unión por tornillos de un conductor eléctrico 21.
El conductor desnudo del lado terminal 21 presenta una
multiplicidad de hilos de conductores más o menos gruesos 22, que se
encuentran sujetos de manera que conducen electricidad en el cuerpo
de bornes 23, esencialmente de forma tubular, a través de un cuarto
ejemplo de ejecución de un tornillo de seguridad conforme a la
invención 301.
El tornillo de seguridad 301 se encuentra
diseñado como tornillo prisionero cilíndrico con un orificio cónico
310. En el orificio 310, como elemento de empuje 330 se encuentra
colocada una clavija cilíndrica simple, cuya longitud axial se
encuentra escogida de manera tal, que al hacer contacto con el
soporte 333 aún sobresale un poco por encima del primer extremo del
tornillo de seguridad 301. De esta manera, a través de una tuerca
de unión 38, que por ejemplo puede estar conformada como tuerca de
sombrerete y se puede atornillar sobre la rosca exterior 307 del
tornillo de seguridad 301; a través del elemento de empuje 330 se
puede introducir una fuerza de presión sobre el soporte 333 y, con
ello, en el tornillo de seguridad 301 en un área, que se encuentra
por debajo del encastre de la rosca exterior 307 con el orificio
roscado del cuerpo de bornes 23. Si se continúa accionando la
tuerca de unión 38, esta conduce una fuerza de tracción a la rosca
exterior 307 a través de la rosca interior, y con ello al tornillo
de seguridad 301. Si se continúa atornillando la tuerca de unión 38
en el tornillo de seguridad 301, esta se desprende con una sección
3' en la línea de trazo discontinuo 24 de la fig. 10. La sección
que permanece 3'' fija los hilos conductores 22 de manera duradera y
admisible y garantiza un buen contacto eléctrico entre los hilos
conductores 22 y el cuerpo de bornes 23. La línea de
desprendimiento 24 se encuentra por debajo del contorno exterior del
cuerpo de bornes 23, de manera que se impide de manera fiable tanto
la aparición de picos de intensidad de campo como también un daño
del manguito aislante que rodea al cuerpo de bornes 23. En un área
no representada, el cuerpo de bornes 23 puede alojar otro conductor
y especialmente establecer una conexión eléctrica entre el otro
conductor y el conductor sujetado 21. La clavija cilíndrica también
puede estar conformada en una pieza con la tuerca de unión.
El espesor 14 de la pared 18, que conforme a la
invención aumenta continuamente a lo largo de, al menos, una
sección de su extensión axial en dirección al primer extremo se debe
medir en todos los ejemplos de ejecución descritos entre el
diámetro menor de la rosca exterior 7; 107; 307 y el diámetro
interior del orificio 10; 110; 210; 310. De manera alternativa a un
orificio cónico 10; 110; 210; 310 en relación con una rosca exterior
cilíndrica 7; 107; 307 también se puede realizar un orificio
cilíndrico con una correspondiente rosca exterior cónica. Además,
en el área de la rosca exterior 7; 107; 307 o en el área del
orificio 10; 110; 210; 310 se pueden realizar incisiones en la
pared 18; 118; 218 para definir discretos puntos de rotura
controlada.
Claims (12)
1. Tornillo de seguridad (1) con un área roscada
(3) dispuesta entre un primer extremo (31) y un segundo extremo
opuesto en dirección longitudinal (32) que presenta, al menos en una
sección de su extensión axial, una rosca exterior (7) para
atornillar el tornillo de seguridad en un objeto, y el tornillo de
seguridad presenta un orificio (10) abierto hacia, al menos, el
primer extremo, caracterizado porque el orificio (10)
presenta un soporte axial (33) para un elemento de empuje (30) que
se puede introducir en el orificio (10) mediante el cual se puede
introducir una fuerza de presión en el tornillo de seguridad en el
soporte (33) al atornillar el tornillo de seguridad, y
simultáneamente se puede introducir una fuerza de tracción en una
sección del tornillo de seguridad que se encuentra más próxima al
primer extremo (31), y de esta manera se puede ejercer sobre el
tonillo de seguridad una tensión de tracción que provoca el
desprendimiento.
2. Tornillo de seguridad conforme a la
reivindicación 1, caracterizado porque el tornillo de
seguridad presenta una rosca interior (34) en el orificio (10)
mediante la cual se puede atornillar el elemento de empuje (30) en
el orificio (10).
3. Tornillo de seguridad conforme a la
reivindicación 2, caracterizado porque el orificio (10)
presenta un ancho menor en el área de la rosca interior (34) que en
un área más alejada del primer extremo (31).
4. Tornillo de seguridad conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el orificio (10)
es un orificio de agujero ciego.
5. Tornillo de seguridad conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el espesor (14)
de la pared (18) resultante en el área roscada (3) entre el orificio
(10) y la rosca exterior (7) aumenta continuamente a lo largo de,
al menos, una sección de su extensión axial en dirección al primer
extremo (31).
6. Tornillo de seguridad conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el diámetro (11;
12) del orificio (10) aumenta continuamente a lo largo de, al
menos, una sección de su extensión axial, partiendo del primer
extremo (31) y en dirección al segundo extremo (32).
7. Tornillo de seguridad conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el orificio (10)
es cónico a lo largo de, al menos, una sección de su extensión
axial, especialmente porque el ángulo (13) del cono es menor a 5º,
especialmente también menor a 2º, y preferentemente es de
aproximadamente 1º.
8. Dispositivo para la unión roscada de
conductores eléctricos (21), especialmente borne de unión por
tornillos (20), con, al menos, un tornillo de seguridad conforme a
una de las reivindicaciones 1 a 7 que se puede atornillar en un
cuerpo de bornes (23).
9. Sistema que presenta un tornillo de seguridad
(1) con un área roscada (3) dispuesta entre un primer extremo (31)
y un segundo extremo opuesto en dirección longitudinal (32) que
presenta, al menos en una sección de su extensión axial, una rosca
exterior (7) para atornillar el tornillo de seguridad en un objeto,
y el tornillo de seguridad presenta un orificio (10) abierto hacia,
al menos, el primer extremo (31), caracterizado porque el
sistema presenta además un elemento de empuje (30) que puede ser
introducido en el orificio (10), y mediante el cual se puede
introducir una fuerza de presión en el tornillo de seguridad a
través de rotación sobre o en una rosca (7, 34) del tornillo de
seguridad en un soporte (33), y esta rosca (7, 34) se encuentra
dispuesta en un área entre el soporte (33) en el orificio (10) y el
primer extremo (31), y simultáneamente, mediante el elemento de
empuje (30) en el área de la rosca (7, 34) se puede introducir una
fuerza de tracción en el tornillo de seguridad, y de esta manera se
puede ejercer sobre el tonillo de seguridad una tensión de tracción
que provoca el desprendimiento.
10. Sistema conforme a la reivindicación 9,
caracterizado porque el elemento de empuje (30) presenta una
superficie de agarre de herramienta (35).
11. Sistema conforme a la reivindicación 9 o 10,
caracterizado porque el elemento de empuje (30) presenta una
rosca exterior (37).
12. Procedimiento para atornillar un tornillo de
seguridad (1) con un área roscada (3) dispuesta entre un primer
extremo (31) y un segundo extremo opuesto en dirección longitudinal
(32) que presenta, al menos en una sección de su extensión axial,
una rosca exterior (7) para atornillar el tornillo de seguridad en
un objeto, y el tornillo de seguridad presenta un orificio (10)
abierto hacia, al menos, el primer extremo (31),
caracterizado porque en el orificio (10) se coloca un
elemento de empuje (30) que se apoya axialmente en un soporte (33)
separado del primer extremo (31), y mediante el cual se introduce
una fuerza de presión en el tornillo de seguridad cuando se
atornilla en tornillo de seguridad en el soporte (33) y
simultáneamente se introduce una fuerza de tracción en una sección
del tornillo de seguridad más próxima al primer extremo (31), y de
esta manera se ejerce sobre el tonillo de seguridad una tensión de
tracción que provoca el desprendimiento.
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