ES2354852T3 - Tuerca autoblocante. - Google Patents

Abstract

Tuerca (1) autoblocante, que comprende un collar (3) roscado superior dotado de ranuras (7) longitudinales, en forma de V o de U, dotadas además de un borde afilado, que definen en el collar una pluralidad de segmentos (9) de arco circulares comprimidos por un resorte (5) helicoidal externo, presentando dichas ranuras un ancho que no permite un contacto mutuo de dichos segmentos (9) de arco circulares, caracterizada porque - dicho resorte está fabricado con acero inoxidable de endurecimiento por precipitación.

Description

Campo técnico

 La presente invención se refiere, en general, a una tuerca autoblocante del tipo que presenta un extremo cilíndrico comprimido mediante un resorte helicoidal.

 Técnica anterior 5

 Se conocen diferentes tipos de tuercas autoblocantes. Por ejemplo, la patente US_4.893.977 desvela una tuerca autoblocante, en la que ranuras en forma de “V” o de “U” están previstas en el extremo cilíndrico, estando dispuestas dichas ranuras para comprimirse elásticamente mediante un resorte helicoidal externo que actúa de manera radial.

 La patente US_5.160.227 desvela una tuerca autoblocante del tipo mencionado anteriormente, en la 10 que, con el fin de mejorar los rendimientos de resistencia a la corrosión y permitir su utilización a temperaturas superiores a 250 ºC, está previsto que el resorte helicoidal esté fabricado con acero inoxidable para resortes, tal como el denominado acero AISI (Instituto Americano del Hierro y el Acero, American Iron and Steel Institute) 302.

 El solicitante ha observado que, en general, como resultado de la evolución tecnológica de diferentes dispositivos en lo que se refiere a la mayor velocidad de las piezas móviles, a las mayores vibraciones de tales 15 piezas y a las mayores temperaturas de funcionamiento, hay una demanda cada vez mayor de tuercas que presenten, en particular, un alto par de frenado durante el desmontaje (par de frenado de desenroscamiento) para su utilización tanto a temperatura ambiente como a altas temperaturas.

 Las tuercas conocidas en las que el resorte está fabricado con acero inoxidable para resortes tales como el acero AISI 302, aunque presentan un par de frenado muy alto en su primer desenroscamiento, muestran, 20 tal y como se ilustra en las figuras 1 y 2 (correspondientes a la utilización a temperatura ambiente, por ejemplo, desde -50ºC hasta 100ºC) y en las Figuras 3 y 4 (correspondientes a la utilización a altas temperaturas, por ejemplo, desde 300ºC hasta 400ºC), un progresivo deterioro de las características o medidas del par de frenado en Newton metro (Nm) cuando el aumenta el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento, con la consecuencia de que su reutilización no es sustancialmente muy fiable. 25

 En las Figuras 1 y 2 se muestran valores de par de frenado de montaje y desmontaje (par de enroscamiento) medidos en pruebas a temperatura ambiente en 35 ciclos de enroscamiento/desenroscamiento de dos muestras de tuercas M12 y M16, respectivamente.

 En las Figuras 3 y 4 se muestran valores de par de frenado de montaje y desmontaje (par de enroscamiento) medidos en pruebas a altas temperaturas en 35 ciclos de enroscamiento/desenroscamiento de 30 dos muestras de tuercas M12 y M16, respectivamente.

 Como resulta evidente a partir de los valores, las tuercas conocidas no permiten satisfacer los requisitos para mantener constantes y elevados los rendimientos de las tuercas en lo que se refiere al par de frenado, en particular en aquellos contextos tecnológicos en los que las tuercas deben reutilizarse de manera segura en piezas, denominadas piezas de desgaste, que requieren un alto número de sustituciones durante la 35 vida útil de los dispositivos de los que forman parte.

 Un ejemplo de tal uso puede ser una pieza de desgaste de un vehículo en el que está previsto que, después de cada sustitución de la pieza consumida, la nueva pieza montada mantenga una alta fiabilidad de funcionamiento.

 Por supuesto, este problema se produce tanto para la utilización a temperatura ambiente (Fig. 1 y 2) 40 como para la utilización a altas temperaturas (Fig. 3 y 4).

 El solicitante ha observado sustancialmente que como resultado de la evolución tecnológica, las tuercas conocidas, cuando se aplican en la práctica actual, en particular, para fijar las piezas de desgaste, generan el problema de que la sustitución de las piezas consumidas también está asociada necesariamente a la sustitución de las tuercas con el fin de evitar el riesgo de deterioro del rendimiento de las propias tuercas. 45

 Por lo tanto, existe el problema técnico de evitar la sustitución de las tuercas después de, por ejemplo, operaciones de mantenimiento de piezas de desgaste ya que la sustitución de las tuercas implica altos costes de mantenimiento y el desperdicio de material; esto último es un problema que ha generado una creciente sensibilidad en el mercado con vistas a limitar la explotación de los recursos energéticos.

50

 Resumen de la invención

 El objetivo de la tuerca objeto de la presente invención es proporcionar una tuerca que, incluso aunque manteniendo la estructura de las tuercas conocidas, permita, con unos costes de material limitados, obtener las ventajas de:

 funcionar a temperatura ambiente y a temperaturas elevadas, por ejemplo superiores al menos a 5 300ºC;

 garantizar en todas las condiciones pares de frenado de desenroscamiento de aproximadamente un factor de 2 superior a las tuercas conocidas;

 garantizar una invariabilidad sustancial de los pares de frenado de enroscamiento y desenroscamiento para un alto número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento, por ejemplo para al menos 30 ciclos de 10 enroscamiento/desenroscamiento.

 Este objeto se consigue mediante la tuerca autoblocante mejorada y el proceso de fabricación correspondiente reivindicados.

 Las reivindicaciones son una parte integrante de las enseñanzas de la presente invención.

 Según una realización preferida, la tuerca autoblocante comprende un collar roscado superior que 15 presenta ranuras longitudinales, en forma de V o de U, dotadas además de un borde afilado, que definen en el propio collar una pluralidad de segmentos de arco circulares, y un resorte helicoidal externo dispuesto para comprimir los segmentos y fabricado con acero inoxidable de endurecimiento por precipitación.

 Según una característica adicional de la tuerca según la presente invención, el resorte está fabricado con acero inoxidable de endurecimiento por precipitación del tipo semiaustenítico. 20

 Breve descripción de los dibujos

 Estas y otras características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de una realización preferida, proporcionada a modo de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que los componentes designados con números de referencia idénticos o similares indican componentes que tienen una funcionalidad y una estructura idénticas o similares, y en los que: 25

la Fig. 1 (TÉCNICA ANTERIOR) muestra valores de par de frenado en Newton metro (Nm) medidos tras aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento; los valores se refieren a pruebas de utilización a temperatura ambiente de dos muestras de tuerca M12 de un tipo conocido;

la Fig. 2 (TÉCNICA ANTERIOR) muestra valores de par de frenado en Newton metro (Nm) medidos tras aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento; los valores se refieren a 30 pruebas de utilización a temperatura ambiente de dos muestras de tuerca M16 de un tipo conocido;

la Fig. 3 (TÉCNICA ANTERIOR) muestra valores de par de frenado en Newton metro (Nm) medidos tras aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento; los valores se refieren a pruebas de utilización a altas temperaturas de dos muestras de tuerca M12 de un tipo conocido;

la Fig. 4 (TÉCNICA ANTERIOR) muestra valores de par de frenado en Newton metro (Nm) medidos tras 35 aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento; los valores se refieren a pruebas de utilización a altas temperaturas de dos muestras de tuerca M16 de un tipo conocido;

la Fig. 5 muestra una vista en perspectiva de una tuerca según la invención;

la Fig. 6 muestra valores de par de frenado en Newton metro (Nm) medidos tras aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento; los valores se refieren a pruebas de utilización a 40 temperatura ambiente de dos muestras de tuerca M12 según la invención;

la Fig. 7 muestra valores de par de frenado en Newton metro (Nm) medidos tras aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento; los valores se refieren a pruebas de utilización a temperatura ambiente de dos muestras de tuerca M16 según la invención;

la Fig. 8 muestra valores de par de frenado en Newton metro (Nm) medidos tras aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento; los valores se refieren a pruebas de utilización a altas temperaturas de dos muestras de tuerca M12 según la invención; y

la Fig. 9 muestra valores de par de frenado en Newton metro (Nm) medidos tras aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento; los valores se refieren a pruebas de utilización a altas 5 temperaturas de dos muestras de tuerca M16 según la invención.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

 Con referencia a la Fig. 5, una tuerca 1 según la presente invención está dispuesta para enroscarse en una varilla roscada, no mostrada en la figura, dentro de la propia tuerca y está dispuesta, por ejemplo, para fijar piezas de desgaste de dispositivos. La tuerca tiene una estructura de un tipo conocido y comprende un collar 3 en 10 el que está enrollado un resorte 5 helicoidal que actúa con una presión radial sobre el collar 3 y, a través de éste, sobre la varilla roscada en la que está aplicada la tuerca.

 La estructura de la tuerca 1 comprende una pluralidad de ranuras 7, preferentemente en forma de “U”, previstas en el propio collar 3. Obviamente, en otras realizaciones, las ranuras pueden tener forma de “V” o de “U” con un borde afilado. 15

 Las ranuras 7 forman en el collar 3 una pluralidad de segmentos 9 de arco circulares que presentan una pequeña nervadura 11 superior externa.

 En la realización preferida, un asiento 13 hueco está previsto en la cara superior de la estructura de la tuerca 1; tal asiento aloja un resorte 5 helicoidal que está enrollado alrededor del collar 3 y que está dispuesto para comprimir radialmente los segmentos 9 que a su vez están dispuestos para ejercer una determinada presión 20 o fuerza contra la varilla roscada en la que se enrosca la tuerca 1.

 Durante la utilización, el resorte está montado preferiblemente en una posición opuesta a la pieza a la que está fijada la tuerca, por ejemplo una pieza de desgaste, por lo que, como es fácilmente comprensible para un experto en la materia, el resorte está sometido, normalmente, a temperaturas inferiores a las alcanzadas por las piezas fijadas. 25

 El resorte helicoidal, diseñado según parámetros dimensionales dirigidos a alcanzar valores predeterminados de par de frenado, está fabricado con un alambre que presenta un diámetro diferente dependiendo de las dimensiones de la tuerca.

 En la realización preferida, el resorte 5 está fabricado con acero inoxidable de endurecimiento por precipitación denominado también como acero PH (de endurecimiento por precipitación, Precipitation Hardening), 30 en el que se proporciona la presencia de componentes o elementos de endurecimiento solubles a altas temperaturas, tales como aluminio o componentes de aluminio.

 Más preferiblemente, el resorte está fabricado con acero PH del tipo semiaustenítico, tal como acero 17-7 PH, denominado también como acero AISI 631.

 Preferiblemente, el proceso de fabricación del resorte 5 permite dimensionar varillas o barras de 35 alambre de secciones laminadas por fundición hechas de acero PH, es decir, dimensionarlas al diámetro previsto para el alambre de los resortes, a través de una o más etapas de estiraje y de recocido intermedio. En tales etapas se obtienen alambres hechos de acero PH de dimensiones predeterminadas.

 Al final de esta etapa, el alambre se enrolla en diámetros de dimensiones predeterminadas dependiendo de parámetros de diseño y se corta a longitudes de algunas espiras, por ejemplo 2 espiras, con el fin 40 de alcanzar valores de par de frenado predeterminados.

 Como última etapa, los resortes helicoidales conformados de esta manera se someten a un tratamiento de estabilización, preferiblemente de tipo térmico, y se montan en la estructura de la tuerca para formar la tuerca según la invención.

 El solicitante ha observado de manera experimental, por ejemplo llevando a cabo pruebas con resortes 45 fabricados con acero de tipo 17-7 PH, que las tuercas fabricadas utilizando acero inoxidable de endurecimiento por precipitación muestran altos pares de frenado en el desmontaje incluso para ciclos repetidos de enroscamiento/desenroscamiento, por ejemplo al menos 30 ciclos.

 En particular, el solicitante ha observado que tras ciclos repetidos de enroscamiento/desenroscamiento, las características del par de frenado permanecen constantes tanto en el caso de utilización a temperatura ambiente, por ejemplo a temperaturas comprendidas entre -50ºC y 100ºC, como a temperaturas elevadas, por ejemplo a temperaturas comprendidas entre 300ºC y 400ºC.

 En resumen, el solicitante ha observado una gran constancia en las características de par de frenado 5 tras ciclos repetidos de enroscamiento/desenroscamiento a temperaturas comprendidas entre -50ºC y 400ºC, por lo que las tuercas según la invención son particularmente adecuadas en contextos en los que se requiere una reutilización fiable de las mismas.

 A modo de ejemplo y por motivos de claridad, en las Figuras 6, 7, 8 y 9 se muestran características de par de frenado de muestras de tuercas que presentan una estructura sustancialmente idéntica a la de las tuercas 10 de las Figuras 1, 2, 3 y 4 según la técnica anterior.

 Las pruebas experimentales en las tuercas según la invención se han llevado a cabo tanto a través de pruebas a temperatura ambiente (Fig. 6, 7) como a través de pruebas en las que las tuercas se han sometido térmicamente a esfuerzo calentándose aproximadamente a 300ºC (Fig. 8 y 9) de una manera equivalente a las pruebas llevadas a cabo en las tuercas según la técnica anterior (Fig. 1 a 4). 15

 Las pruebas se han llevado a cabo en tuercas M12 (Fig. 6 y 8) y M16 (Fig. 7 y 9).

 En todos los casos, los valores se han medido en ciclos repetidos de enroscamiento/desenroscamiento (35 ciclos).

 Como es fácilmente comprensible para los expertos en la materia, es posible inferir a partir de los valores anteriores, por ejemplo, comparando los valores mostrados en las Figuras 1, 2, 3 y 4 relacionadas con 20 tuercas según la técnica anterior y los valores mostrados en las figuras 6, 7, 8 y 9 relacionadas con tuercas según la invención, que los pares de frenado, en caso de utilizar los resortes según la invención, son aproximadamente mejores en un factor de 2 que los de las tuercas según la técnica anterior y que, sobre todo, son sustancialmente constantes tras aumentar el número de ciclos de enroscamiento/desenroscamiento.

 Por lo tanto, gracias a la invención, es posible utilizar varias veces y sin riesgos la tuerca según la 25 invención en piezas de desgaste que requieran un alto número de sustituciones en su vida útil independientemente de si la tuerca se utiliza en piezas que funcionan a altas o bajas temperaturas.

 Por supuesto, cambios y/o variaciones evidentes en la descripción anterior son posibles en lo que respecta a las dimensiones, formas y componentes, así como a los detalles de la estructura y del procedimiento de funcionamiento descritos sin apartarse del alcance de la invención definida por las siguientes reivindicaciones. 30

 REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

 Esta lista de referencias citadas por el solicitante es sólo para la comodidad del lector. No forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha tomado especial cuidado en la compilación de las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.

 Documentos de patentes citados en la descripción 5

US 4893977 A US 5160227 A

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES

   1. Tuerca (1) autoblocante, que comprende un collar (3) roscado superior dotado de ranuras (7) longitudinales, en forma de V o de U, dotadas además de un borde afilado, que definen en el collar una pluralidad de segmentos (9) de arco circulares comprimidos por un resorte (5) helicoidal externo, presentando dichas ranuras un ancho que no permite un contacto mutuo de dichos segmentos (9) de 5 arco circulares, caracterizada porque

   - dicho resorte está fabricado con acero inoxidable de endurecimiento por precipitación.

2. 2. Tuerca (1) autoblocante según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho resorte comprende, como elemento de endurecimiento de dicho acero, aluminio o un componente del mismo que comprende aluminio. 10
3. 3. Tuerca (1) autoblocante según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque dicho resorte está fabricado con acero inoxidable de endurecimiento por precipitación de tipo semiaustenítico.

4. 4. Procedimiento para fabricar una tuerca autoblocante que comprende las etapas de

   - crear una estructura (1) de tuerca que comprende un collar (3) roscado superior que presenta ranuras (7) longitudinales en forma de V o de U, dotadas además de un borde afilado, que definen 15 en el collar una pluralidad de segmentos (9) de arco circulares dispuestos para comprimirse por un resorte (5) helicoidal externo;

   - fabricar el resorte (5) helicoidal a partir de acero inoxidable de endurecimiento por precipitación;

   - montar el resorte (5) en la estructura de la tuerca (1).

5. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa de fabricar dicho resorte 20 helicoidal comprende las etapas de

   - obtener un alambre de diámetro predeterminado a partir de varillas o barras de alambre de secciones laminadas hechas de acero inoxidable de endurecimiento por precipitación mediante una o más etapas de estiraje y recocido;

   - enrollar el alambre en un diámetro predeterminado; 25

   - cortar el alambre enrollado según una longitud predeterminada para obtener dicho resorte (5) helicoidal.

6. 6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la etapa de fabricar dicho resorte helicoidal comprende además la etapa de

   - someter dicho resorte a un tratamiento de estabilización. 30

7. 7. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la etapa de fabricar dicho resorte helicoidal comprende además la etapa de

   - someter dicho resorte a un tratamiento de estabilización de tipo térmico.