ES2372003T3 - Borne de sujeción perfeccionado. - Google Patents

Abstract

UNA OREJETA DE FIJACION LIMITADORA EL PAR TOLERANTE A LAS VIBRACIONES (100) QUE AL APRETAR EL TORNILLO FIJADOR (104) PRODUCE UN PAR PARASITO EN EL PLANO DE LA ROSCA QUE DEFINE LA INTERFAZ TORNILLO FIJADOR/ALOJAMIENTO. EL PAR PARASITO RESULTANTE ACTUA EN UNA DIRECCION OPUESTA AL PAR DE INSTALACION DE MODO QUE EL PAR REAL POR DEBAJO DEL PLANO DE LA ROSCA ES MENOR QUE EL PAR DE INSTALACION. COMO RESULTADO, SE REDUCE LA FUERZA DE TRACCION QUE SOPORTA EL TORNILLO FIJADOR (104) Y QUE ACTUA CONTRA EL ALOJAMIENTO DE LA OREJETA.

Description

Borne de sujeción perfeccionado

La presente invención se refiere a un borne de sujeción perfeccionado y, más concretamente, a un borne limitativo del par, que tolera a las vibraciones y que muestra una resistencia de los hilos de rosca incrementada.

Los bornes de sujeción son utilizados en diversas aplicaciones. Una aplicación bien conocida consiste en el empleo de un borne tanto para fijar mecánicamente como acoplar eléctricamente un cable de tierra a una estructura mecánica. Los bornes utilizados para dicha aplicación a menudo son designados como “bornes de tierra”. Una aplicación comercial que se encuentra habitualmente implica la instalación de un conductor de tierra (de conformidad con el código eléctrico) entre empalmes utilizados para terminar y / o acoplar un conducto no metálico. En la aplicación anteriormente mencionada, el propio borne de tierra es mecánicamente acoplado a una porción del empalme, por ejemplo, la tuerca hueca del empalme.

Con respecto a los bornes de sujeción y, más concretamente, a los bornes de tierra, los expertos en la materia son conocedores de que constituye un objetivo común de los diseños reducir la cantidad del material utilizado para formar el borne. Dado que el coste del material representa una parte sustancial del coste total del borne, una reducción de la cantidad de material utilizado para formar el componente puede conseguir ahorros de coste significativos. Sin embargo, debe así mismo tenerse en cuenta que una reducción del grosor de las paredes del material semielaborado utilizado para formar el borne reducirá de manera considerable la resistencia de la estructura, determinando con ello que la estructura sea propensa a roturas derivadas de la deformación del borne y /

o a la rotura de los hilos de rosca debido al sobreapriete del tornillo prisionero.

Un problema adicional que se afronta respecto de en los bornes de sujeción y, concretamente respecto de los bornes de tierra, se refiere a la tendencia del medio de sujeción (por ejemplo, del tornillo prisionero) a “ser expulsado” de la abertura roscada conformada dentro de la carcasa del borne durante el transporte / manipulación del borne. En concreto, la vibración experimentada durante el transporte / manipulación de los bornes de sujeción a menudo es suficiente para producir la mencionada expulsión, provocando el tornillo prisionero que se desemsamble de la carcasa del borne. Este desensamblaje es molesto y retardatario para el instalador. Técnicas anteriores, como por ejemplo el “estacado” del tornillo prisionero dan respuesta al problema de la expulsión, pero son relativamente costosos. Otras técnicas, como por ejemplo el apriete del tornillo prisionero antes del transporte requieren que el instalador lleve primeramente a cabo la etapa retardataria de desaflojar el tornillo prisionero antes de la instalación del conductor a tierra.

La Patente estadounidense Número 2,907,978 divulga un conector eléctrico del tipo de tornillo accionado a presión apropiado para su uso como un terminal. El conector eléctrico incluye una cabeza con dos espesores provisto de un agujero roscado para recibir un tornillo de sujeción.

La Patente británica Número 1,295,391 divulga un manguito de sujeción para la sujeción de conductores en terminales eléctricos. El manguito de sujeción incluye dos porciones superpuestas que presentan una abertura roscada para recibir un tornillo de sujeción.

La Patente estadounidense Número 4,213,669 divulga un collarín terminal para conectar eléctricamente un elemento de contacto. El collarín terminal incluye unas porciones superpuestas en la que la porción inferior incluye un tetón roscado y la porción superior incluye una abertura con huelgo para permitir que un tornillo de sujeción sea roscado dentro del tetón.

Por consiguiente, en la técnica se necesita un borne de sujeción que permita la fabricación de dicho borne a partir de un material semielaborado de paredes más delgadas, pero que proporcione una estructura que ofrezca resistencia a los fallos de deformación debidos al sobreapriete del tornillo prisionero. Así mismo, se necesita en la técnica un borne de sujeción que incluya un paso roscado de longitud aumentada y con una resistencia de los hilos de rosca incrementada, y la cual permita el uso de un tornillo prisionero de mayor diámetro. Finalmente, se necesita en la técnica un borne de sujeción que posibilite el transporte y manipulación del borne sin que se produzca la expulsión del tornillo prisionero y sin que se requiera el estacado y / o el completo apriete del tornillo prisionero.

Un borne de sujeción de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce a partir del documento DE 12 27

969.

Sumario de la invención

La presente invención, la cual da respuesta a las necesidades de la técnica anterior, se refiere a una forma de rosca limitativa del par. La forma de rosca incluye una junta para un medio de sujeción y un medio de sujeción cooperante. El medio de sujeción coopera con la junta para el medio de sujeción a lo largo de un plano de encaje y es amovible entre una primera posición no apretada y una segunda posición apretada. El medio de sujeción está configurado para introducir un esfuerzo en la junta para el medio de sujeción cuando el medio de sujeción es desplazado a la segunda posición apretada. La junta para el medio de sujeción está configurada para permitir que el esfuerzo produzca unas fuerzas de cizalla transversales a lo largo del plano de encaje que actúa contra el medio de sujeción.

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Las fuerzas de cizalla estalla desarrollan un par parásito en una dirección opuesta con respecto a un par de instalación en el que la relación de fuerzas se define por la ecuación:

T = kDP - S

en la que

T = par de instalación;

k = factor de fricción de la tuerca (0,08 a 1,0)

D = diámetro medio del perno;

P = fuerza de precarga de tracción; y

S = el par parásito debido al cizallamiento de los hilos de rosca y S = f(T)

La presente invención se refiere así mismo a un procedimiento de limitación del par aplicado a una carcasa de un borne de sujeción. El procedimiento incluye la etapa de la provisión de un borne de sujeción que incluye un medio de sujeción cooperante. El medio de sujeción es amovible entre una primera posición no apretada y una segunda posición apretada. El medio de sujeción tiene el tamaño preciso para conferir un esfuerzo en el borne de sujeción tras el desplazamiento del medio de sujeción hacia la segunda posición. El borne de sujeción tiene el tamaño preciso para transferir el esfuerzo hacia un plano de encaje que define una puesta en contacto entre el borne de sujeción y el medio de sujeción. El procedimiento incluye la etapa adicional de apriete del medio de sujeción con respecto al borne de sujeción mediante la aplicación de un par de instalación sobre aquél, con lo cual se introduce un esfuerzo dentro del borne de sujeción creando unas fuerzas de cizalla transversales en el plano de encaje que actúa contra el medio de sujeción, produciendo así un par parásito compensatorio con respecto al par de instalación, de forma que el par experimentado por el borne de sujeción es menor que el par de instalación.

La presente invención proporciona un borne de sujeción, que comprende: una carcasa definida por al menos unas paredes superior, inferior y laterales; un medio de sujeción que coopera con dicha pared superior y que puede avanzar entre una primera posición, en la cual una primera porción del cuerpo puede quedar situada dentro de dicha carcasa y una segunda porción en la cual dicha porción puede quedar presionada entre dicha pared interior y dicho medio de sujeción, de forma que dicha porción puede quedar retenida dentro de dicha carcasa; en el que dicha pared superior incluye unos pies superior e inferior, estando dicho pie superior conformado de manera integral con una de dichas paredes laterales y estando dicho pie inferior conformado de manera integral con la otra de dichas paredes laterales, y en el que cada uno de dichos pies incluye un collarín roscado extruído situado sobre una superficie de aquellos y, caracterizado porque: dicho collarín dispuesto sobre dicho pie superior es extruido hacia arriba desde una superficie superior de dicho pie superior, y dicho collarín dispuesto sobre dicho pie inferior es extruído hacia abajo desde una superficie inferior de dicho pie inferior, definiendo cada uno de dichos collarines una dirección de extrusión y estando situado de tal manera que los hilos de rosca de dichos collarines son sometidos a una fuerza compresora que actúa en una dirección genéricamente opuesta a dicha dirección de extrusión, tendiendo de esta forma a comprimir cada uno de dichos collarines con respecto a su pie asociado cuando dicho medio de sujeción es avanzado hasta dicha segunda posición.

La presente invención proporciona, así mismo, un procedimiento de formación de un borne, que comprende: la provisión de una cinta de material; la perforación de un primer agujero a través de un primer lado de dicha cinta y de un segundo agujero a través de un segundo lado de dicha cinta; la extrusión de cada uno de dichos agujeros para formar los primero y segundo collarines situados sobre dichos primero y segundo lados de dicha cinta, respectivamente, definiendo dichos collarines una dirección de extrusión; el roscado de cada uno de dichos collarines; la formación de una carcasa definida al menos por unas paredes superior, inferior y laterales, incluyendo dicha pared superior, unos pies superior e inferior, incluyendo dicha etapa de formación la etapa de doblado de dicha cinta para sustancialmente alinear dichos collarines para permitir que un tornillo prisionero quede encajado por rosca con dichos ambos collarines roscados, extendiéndose dicho collarín dispuesto sobre dicho pie superior hacia arriba desde una superficie superior de dicho pie superior, y extendiéndose dicho collarín dispuesto sobre dicho pie inferior hacia abajo desde una superficie inferior de dicho pie inferior, incluyendo dicha etapa de doblado la etapa adicional de la colocación de dichos collarines roscados con respecto a dicha carcasa para someter los hilos de rosca de dichos collarines a una fuerza compresora que actúe en una dirección genéricamente opuesta a dicha dirección de extrusión y que tienda a comprimir cada uno de dichos collarines con respecto a su pie asociado cuando un cuerpo se fija sólidamente dentro de dicha carcasa.

La presente invención se refiere, así mismo, a un borne en el que dichos pasos están axialmente desalineados, de forma que la alineación de dicho paso para la inserción del medio de sujeción confiere unas fuerzas de cizalla resistentes a las vibraciones sobre el medio de sujeción a lo largo de los pasos roscados que ofrecen resistencia a la expulsión del medio de sujeción cuando la carcasa es sometida a vibración.

Como resultado de ello, la presente invención proporciona un borne de sujeción el cual permite la fabricación de dicho borne a partir de un material semielaborado de paredes delgadas, pero que proporciona al mismo tiempo una

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estructura que ofrece resistencia a los fallos por deformación debidos al sobreapriete del tornillo prisionero. La presente invención proporciona así mismo un borne de sujeción que incluye un paso roscado de longitud incrementada y de resistencia de los hilos de rosca incrementada y el cual permite el uso de un tornillo prisionero de diámetro mayor. Finalmente, la presente invención proporciona un borne de sujeción el cual permite el transporte y manipulación del borne sin la expulsión del tornillo prisionero y sin que se requiera el estacado y / o el completo apriete del tornillo prisionero.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista de una sección de un conducto de metal flexible hermético a los líquidos que termina en una pared de un recinto en el que un borne de tierra está fijado a una tuerca hueca de un empalme;

la Fig. 2 es una vista similar a la de la Fig. 1 en la que un borne de tierra alternativo está acoplado a la tuerca hueca del empalme;

la Fig. 3 es una vista en perspectiva de un borne de tierra de la técnica anterior;

la Fig. 4 es una vista en perspectiva de un borne de tierra de la presente invención;

la Fig. 5a es una vista en perspectiva de una forma de realización alternativa del borne de tierra de la presente invención;

las Figs. 5b - 5c son vistas de un miembro de base / brazo el cual puede ser utilizado en conexión con el borne de tierra de la Fig. 4;

las Figs. 6a - 6b son vistas en alzado del borne de tierra de la presente invención que muestra la característica tolerante a las vibraciones de la presente invención;

la Fig. 7a es una vista en alzado del borne de tierra de la presente invención que muestra la aplicación de las fuerzas de cizalla FS sobre la pared superior de la carcasa;

la Fig. 7b es una vista desde arriba del borne de tierra de la Fig. 7a que muestra las direcciones del par Tl y del par parásito S;

las Figs. 8a - 8b son vistas en alzado del borne de tierra de la presente invención que muestran las fuerzas de cizalla FS;

las Figs. 9a - 9f son dibujos generados por computadora resultantes de un análisis elemental finito del borne de la presente invención sometido a un desplazamiento forzoso en la dirección Y;

la Fig. 10 es una representación gráfica de una carga v. la deformación experimentada por el borne de tierra analizado en las Figs. 9a - 9f.

la Fig. 11 es una vista en alzado del borne de tierra de la presente invención; y

las Figs. 12a - 12d son vistas que muestran las etapas de fabricación implicadas en la fabricación del borne de tierra de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Como será reconocido por los expertos en la materia, los bornes de sujeción son utilizados en una diversidad de aplicaciones en las que una porción de un cuerpo es fijada dentro del recinto definido por dicho borne. El cuerpo está, de modo preferente, fijado dentro del borne mediante una interacción mecánica del cuerpo y del medio de sujeción cooperante con al menos una pared del borne. En una aplicación bien conocida, un borne es utilizado tanto para fijar mecánicamente como para acoplar eléctricamente un cable de tierra en su interior. A su vez, el borne es mecánica y eléctricamente acoplado a una pieza metálica como por ejemplo un empalme utilizado para terminar una sección de un conducto. En otra aplicación, un borne es utilizado con una abrazadera de tubo flexible para fijar el extremo terminal de la abrazadera de tubo flexible una vez que dicha abrazadera ha sido suficientemente apretada alrededor de un miembro tubular. Por supuesto, los bornes de sujeción son utilizados en otras aplicaciones bien conocidas. De esta manera, la descripción que sigue, aunque tiene por objeto los bornes de sujeción utilizados para conductores de cables de tierra (generalmente designados como “bornes de tierra”), no pretende quedar limitada a los bornes de tierra, sino que abarcan todos los bornes de sujeción del tipo indicado los cuales deciden al menos una carcasa parcialmente encerrada que presenta al menos un medio de sujeción susceptible de avance, por ejemplo, un tornillo prisionero, el cual coopera con la carcasa para retener por fricción en su interior una porción de un cuerpo (amovible con respecto a la carcasa).

Una aplicación con la que generalmente se tropieza en relación con los bornes de tierra está asociada con el uso de un conducto metálico flexible hermético a los líquidos. En este sentido, diversos códigos eléctricos requieren la instalación de un conductor de tierra secundario entre los empalmes situados en los lados opuestos de una

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extensión de conducto. Por ejemplo el NEC (Código Eléctrico Nacional) requiere dicho conductor de tierra secundario o cualquier extensión de conducto de metal hermético a los líquidos de metal flexible que sobrepase 1,83

m. Por tanto, un conductor de tierra secundario sería instalado (y por tanto se extendería entre) los empalmes instalados sobre los extremos opuestos de la extensión del conducto.

Con referencia a la Fig. 1, en ella se muestra un empalme 10 de un conducto metálico flexible hermético a los líquidos al final de una extensión terminal de un conducto de metal flexible 12 hasta una pared 14 de un recinto 16. Tal y como se muestra, el conductor de tierra 18 está fijado dentro de un borne de tierra 20 unido a una tuerca hueca 22 y a un empalme 10. El borne de tierra 20 está unido a la tuerca hueca 22 por medio de un tornillo 23. Un segundo empalme (no mostrado), similar al empalme 10, sería utilizado para terminar el extremo opuesto del conducto 12 (no mostrado) de manera similar. Un segundo borne de tierra estaría unido a la tuerca hueca sobre este segundo empalme, y el conductor de tierra 18 se extendería por consiguiente entre los dos bornes de tierra. Como resultado de ello, los empalmes opuestos estarían eléctricamente conectados entre sí en un potencial de tierra o cero. El conductor de tierra 18 a menudo es designado como puente externo de conexión a tierra.

En una forma de realización preferente, tal y como se muestra en la Fig. 2, el borne de tierra, esto es el borne 20’ incluye un brazo conformado de manera integral y una base de soporte que permite que dicho montaje coopere con la tuerca hueca 22’ del empalme 10’ de una manera rotatoriamente no restringida de forma que el borne de tierra puede quedar situado en una posición angular apropiada antes del apriete de la tuerca hueca con el empalme. Una descripción adicional de la cooperación rotatoriamente no constreñida del montaje de borne de sujeción y de la tuerca hueca mostrados en la Fig. 2 se define en la Solicitud de Patente europea de titularidad obtenida por el procedimiento común No. 98302559.4 depositada el 1º de Abril de 1998.

Un borne de tierra típico de la técnica anterior, esto es, el borne 50, se muestra en la Fig. 3. El borne 50 incluye una carcasa 51 y un tornillo prisionero 52 que tiene un diámetro D1. El borne incluye una pared superior 54, unas paredes laterales 56, 58 y una pared inferior 60. La pared superior 54, que está definida por un grosor de material doble, incluye un pie superior 62 (unido a la pared lateral 58) y un pie inferior 64 (unido a la pared lateral 56). El grosor de pared del material, esto es, T1 es constante a lo largo del borne. T1 tiene el suficiente tamaño para resistir cualquier deformación del a estructura durante la sujeción en su interior del conductor del cable. En un borne de tierra conocido de la técnica anterior, T1, está hecho de latón estañado y tiene un grosor del orden 2,03 mm. En determinados bornes de la técnica anterior, los pies superior e inferior de la pared superior pueden estar fijados entre sí, por ejemplo mediante soldadura por puntos. Finalmente, el borne de la técnica anterior de la Fig. 3 puede incluir una silla (no mostrada) al final del tornillo 52 para facilitar la sujeción del conductor del cable dentro de la carcasa.

Para acoplar el tornillo 52 al borne de tierra, se constituye un paso roscado 66 tanto en el pie superior 62 como en el pie inferior 64 del borne 50. Como podrá advertirse, cada pie presenta una sección de hilos de rosca que presenta una longitud igual al grosor del material, esto es, una longitud T1. Dicho de otro modo, el tornillo 52 coopera con dos conjuntos de hilos de rosca cada uno de los cuales tiene una longitud T1 para una longitud total de 4,06 mm.

Un borne de sujeción conformado de acuerdo con la presente invención se muestra en la Fig. 4. El borne 100 incluye una carcasa 102 y un tornillo prisionero 104. La carcasa define un recinto 106 con el tamaño preciso para posibilitar la inserción en su interior y la captura de un cuerpo, por ejemplo, un conductor de tierra. La carcasa 102 incluye una pared superior 108, unas paredes laterales 110, 112, y una pared inferior 114. Tal y como se muestra, la pared superior 108 está conformada a partir del pie superior 116 (conformado de manera integral con la pared lateral 112) y el pie inferior 118 (conformado de manera integral con la pared integral 110). Como resultado de ello, la pared superior 108 define un grosor de doble pared. El grosor de pared T2, en una forma de realización preferente, es de aproximadamente 1,02 mm.

El tornillo 104 tiene, de modo preferente, un diámetro D2, siendo D2 mayor que D1 y, en una forma de realización preferente, es de 6,35 mm. El uso de un tornillo de diámetro mayor suprime la necesidad de una silla en muchas aplicaciones. Así mismo, el tornillo de mayor tamaño hace posible el uso de un tornillo sin cabeza frente al tornillo asociado con el borne 50 de la técnica anterior. Ambas características distintivas reducen el coste del borne de sujeción. Finalmente, un tornillo prisionero de diámetro mayor proporciona un área en sección transversal de hilos de rosca incrementada, la cual ofrece resistencia a la arrancadura de los hilos de rosca debida a la carga del tornillo.

Sin embargo, también podrá advertirse que el uso de un tornillo prisionero de mayor tamaño resultaría incompatible con los diseños de borne en los que el grosor de pared de la carcasa del borne hubiera sido reducido al mínimo para reducir costes. El uso de tornillos prisioneros de mayor tamaño requiere, en términos generales, el sometimiento a prueba del componente con pares de instalación más altos con arreglo a determinados códigos eléctricos. De acuerdo con lo analizado más adelante en la presente memoria, la aplicación de un par de instalación más alto produce una fuerza de tracción más alta en el tornillo, a lo que ofrece resistencia la carcasa del borne. Una fuerza de tracción mayor en un borne de sujeción de material de paredes más delgadas sería de esperar que se tradujera en la deformación de dicho borne hasta un grado en gran medida inaceptable y / o en la arrancadura de los hilos de rosca del tornillo.

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Tal y como se muestra en la Fig. 5a, en una forma de realización preferente, el borne, esto es, el borne 150 incluye un brazo conformado de manera integral 152 y una base de soporte 154 con el tamaño preciso para cooperar con una tuerca hueca de un empalme (no mostrado). Como alternativa, el borne de la presente invención puede cooperar con un miembro de base / brazo 156 (véanse las Figs. 5b - 5c) que está conformado de forma separada del borne. La cooperación de la base de soporte 154 y / o del miembro 156 con la tuerca hueca se describe con mayor detalle en la Solicitud de Patente europea pendiente con la actual de titularidad obtenida por el procedimiento común No. 98302559.4 depositada el 1º de Abril de 1998. El borne de la presente invención puede, así mismo, incluir un resalto que esté adaptado para fijarse a un emplazamiento externo de una tuerca hueca, tal y como se muestra en la Fig. 1.

Los bornes de sujeción son normalmente transportados y / o manipulados con el tornillo prisionero encajado por rosca con el paso roscado de la carcasa. Durante estos transporte / manipulación, la vibración conferida al borne de sujeción puede provocar que el tornillo prisionero sea expulsado y, de esta forma, resulte desmontado de la carcasa del borne. Este desmontaje es molesto al tiempo que retardatario para el instalador. Un procedimiento de la técnica anterior para impedir la expulsión del tornillo prisionero durante la manipulación / transporte requiere que el tornillo prisionero esté completamente insertado y a continuación apretado contra la carcasa del borne. Aunque este apriete del tornillo contra la carcasa del borne impide la expulsión del tornillo durante el transporte / manipulación, requiere que el instalador lleve a cabo la etapa adicional de retirar en primer término a la distancia suficiente el tornillo antes de que el conductor del cable sea insertado dentro de la carcasa. Esta etapa adicional es también molesta y / o retardataria para el instalador. Como alternativa, el tornillo prisionero puede ser “estacado” para impedir la expulsión del tornillo durante el transporte / manipulación. Sin embargo el estacado del tornillo implica un proceso de fabricación adicional, incrementando con ello el coste del montaje.

En este sentido, un aspecto de la presente invención tiene por objeto un borne de sujeción tolerante a las vibraciones que presenta un medio de sujeción capturado. Con referencia a la Figura 6a, el borne de sujeción 100 está conformado para que el eje geométrico A del paso 120 esté desalineado con el eje geométrico B del paso 122 por una distancia X1. Para acoplar por rosca el tornillo 104 a la carcasa 102, la carcasa debe ser comprimida en una distancia X1 a lo largo del plano L de los hilos de rosca, mediante la aplicación de una fuerza horizontal F1 a los pies 116 y 118. El plano L de los hilos de rosca está definido como un plano que contacta tanto con la superficie exterior del pie superior 116 como con la superficie superior del pie inferior 118. Una vez que el tornillo está insertado por rosca a través de ambos pasos 120 y 122, tal y como se muestra en la Fig. 6b, el propio tornillo mantiene la alineación de los ejes geométricos A y B. Como resultado de ello, un par de fuerzas de cizalla opuestas F2 (igual a F1 pero de dirección opuesta) se transmiten al tornillo por la carcasa. Más concretamente, la memoria del material que forma la carcasa fuerza a la carcasa a retornar a su estado original, esto es, el estado en el que los pasos 120 y 122 están desalineados. Como resultado de ello, esta presión por parte de la carcasa confiere unas fuerzas de cizalla F2 sobre el tornillo que impiden que el tornillo prisionero sea expulsado de los pasos roscados de la carcasa debido a la vibración experimentada durante el transporte / manipulación.

Como podrán apreciar los expertos en la materia, la reducción de la cantidad de material utilizado para fabricar un componente (como por ejemplo un borne de tierra) puede traducirse en unos ahorros considerables de coste. La reducción del material puede llevarse a cabo mediante el uso de materiales que presenten un grosor de pared más delgado. Sin embargo, la reducción del grosor de pared de un borne de sujeción puede provocar que el borne sea propenso a un fallo de deformación provocado por el sobreapriete del tornillo prisionero, especialmente en aplicaciones en las que los pies de la pared superior han sido soldados por puntos entre sí o en aplicaciones en las que debe utilizarse un tornillo prisionero con un diámetro mayor (requiriendo de esta forma la prueba de pares de instalación más altos). Normalmente, un instalador no lleva consigo y / o utiliza una llave de apriete prefijado para apretar el tornillo prisionero del borne de sujeción y, por tanto, existe la tendencia a sobreapretar el tornillo especialmente en aplicaciones en las que el grosor de pared del borne ha sido reducido y el sobreapriete del tornillo se lleva a cabo de forma más expedita (esto es, se alcanza la zona en la que el material comienza a deformarse prácticamente, posibilitando con ello un apriete adicional sin requerir un significativo incremento en el par de instalación).

La reducción del grosor de pared del borne de sujeción hace, así mismo, que el borne sea propenso al fallo de los hilos de rosca, por ejemplo, mediante la arrancadura de los hilos de rosca lo que permite el aflojamiento del tornillo prisionero. En este sentido, la reducción del grosor del material reduce la longitud de los hilos de rosca en cada pie de la pared superior. La reducción del grosor de pared de, por ejemplo, 2,3 mm a 1,02 mm reduce también en un 50% la longitud total de los hilos de rosca a través de los pies de la pared superior. Como se indicó con anterioridad, un borne que presente un grosor de pared de 2,03 mm tiene ya un número limitado de hilos de rosca completos. Por tanto, la técnica anterior no ha sido capaz de reducir el grosor de pared del borne de sujeción y al mismo tiempo proporcionar un borne capaz de satisfacer y / o superar las exigencias de prueba de los códigos eléctricos aplicables.

Se ha descubierto en la presente memoria que el grosor de pared del borne de sujeción puede reducirse mediante la incorporación de una característica limitativa del par en el borne de sujeción. Esta característica limitativa del par aplica un par de frenado a un tornillo prisionero para que el instalador cuente con un dispositivo de realimentación del apriete del tornillo sin que se aplique una cantidad correspondiente de fuerza al conductor del cable y a la carcasa. Dicho de otro modo, un par de instalación Tl (por ejemplo, de 1,69 a 2,26 Nm) puede ser aplicado al tornillo

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prisionero por el instalador, aunque el par efectivo experimentado por el tornillo prisionero por debajo del plano L de los hilos de rosca de la pared superior es solo TA, donde TA es menor que Tl. Siempre que TA sea menor que Tl, la fuerza de precarga de tracción en el tornillo prisionero por debajo del plano L de los hilos de rosca será menor que la fuerza de tracción experimentada en un borne de sujeción de la técnica anterior, esto es, una sin la característica limitativa del par descrita en la presente memoria.

Con referencia a la Fig. 7a, el tornillo prisionero 104 de la presente invención es avanzado hasta que contacta con el conductor 124. En este sentido, este tornillo es apretado mediante la aplicación a este de un par de instalación Tl (véase la Fig. 7b). Esto introduce unos esfuerzos en la carcasa del borne que producen unas fuerzas de cizalla Fs las cuales actúan en la dirección del plano L de los hilos de rosca. Tal y como se muestra, el tornillo prisionero 104 tiene un diámetro D2.

Para simplificar, la relación par - precarga para la junta sujeta por perno puede ser definida como sigue:

T = kDP

en la que T = par de instalación ;

k = factor de fricción de la tuerca (0,08 a 1,0);

D = diámetro medio del perno; y

P = fuerza de precarga de tracción.

Debe advertirse que P es una función lineal de T. Se apreciará así mismo que, cuando el par de instalación se incremente, la fuerza de precarga de tracción P conferida sobre el conductor de tierra (y con ello sobre la propia carcasa) se incrementa.

Para impedir el sobreapriete del tornillo prisionero y con ello la destrucción del borne, la presente invención utiliza una combinación singular de características distintivas para crear un par de frenado (designado en la presente memoria como par parásito S) que es una función del par de instalación y que actúa sobre el tornillo prisionero en dirección rotacional opuesta a la del par de rotación. Esta relación se define como sigue:

T = KDP - S

en la que S = el par parásito debido a la cizalla de los hilos de rosca, y S = f(T). Como resultado de ello, el par parásito compensa el par de instalación en el plano L de los hilos de rosca, con lo cual el par efectivo TA del tornillo prisionero por debajo del plano L de los hilos de rosca es inferior al par de instalación Tl.

En uso, el instalador aprieta el tornillo prisionero mediante la aplicación de un par de instalación de, por ejemplo, 1,69 Nm, el cual, de acuerdo con la ecuación definida con anterioridad, produciría una fuerza de precarga de tracción P1. El borne de sujeción de la presente invención produce un par parásito S en el plano L de los hilos de rosca que actúa en dirección opuesta al par de instalación Tl, funcionando de esta manera como un freno torsional parcial contra el tornillo prisionero, de forma que el par efectivo TA del tornillo prisionero por debajo del plano de los hilos de rosca es inferior al par de instalación Tl. Como resultado de ello, el instalador queda satisfecho de que el tornillo prisionero queda lo suficientemente apretado y, al mismo tiempo, una fuerza de precarga de solo P2 es introducida en la estructura, donde P2 es menor que P1.

Como se analizará con mayor detalle más adelante en la presente memoria, la fuerza de precarga de tracción P introduce un esfuerzo en la carcasa del borne que produce unas fuerzas de cizalla transversales Fs que actúan en las direcciones indicadas por las flechas Fs en la Figura 7a. Estas fuerzas actúan en direcciones opuestas, aplicando unas fuerzas iguales y opuestas sobre el tornillo prisionero 102. Con referencia a la Figura 7b, debe apreciarse que la aplicación de las fuerzas opuestas Fs sobre el tornillo prisionero 104 produce un par de frenado igual a (Fs) (D2) (k), el cual se designa en la presente memoria como par parásito S.

Para facilitar la comprensión, la interferencia torsional que actúa sobre el tornillo prisionero 104 tras el apriete de dicho tornillo contra el conductor 124 se muestra en las Figs. 8a - 8b. Más concretamente, la Fig. 8a muestra el tornillo prisionero en el punto en el que comienza a hacer contacto con el conductor 124 y donde P = 0. La Fig. 8b muestra la carcasa del borne de sujeción después de que el tornillo prisionero ha sido apretado contra el conductor de tierra. La introducción del esfuerzo dentro de la carcasa 102 crea unas fuerzas de cizalla Fs que actúan contra el tornillo, aplicando así una interferencia torsional sobre dicho tornillo. Esta interferencia torsional se representa en forma de detalle exagerado en la Fig. 8b y se indica mediante la desalineación de las líneas centrales de los pasos inferior y superior de los pies de la pared superior.

Se ha descubierto en la presente memoria que un par parásito puede ser introducido en la estructura de un borne de sujeción y puede ser utilizado para limitar o de cualquier forma frenar la aplicación de un par de instalación sobre un tornillo prisionero. La creación de este par parásito implica el diseño de varios criterios que incluyen 1) la forma, el grosor global y el material de la carcasa, 2) la fabricación de la carcasa y 3) la fabricación de los pasos roscados que reciben el tornillo prisionero. La presente invención, por consiguiente, contempla y está concebida para abarcar

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cualquier combinación de los criterios identificados anteriormente los cuales, conjuntamente, proporcionan un borne de sujeción que produce un par parásito tras la sujeción en su interior de una porción del cuerpo, actuando dicho par parásito en direcciones opuestas del par de instalación para limitar / frenar el par de instalación.

Con referencia ahora a las Figs. 9a - 9b, en ellas se muestra la deformación controlada de la carcasa del borne de sujeción de la presente invención. Las Figs. 9a a 9e son el resultado de un modelo de elemento finito (FE) del borne de la presente invención que utiliza MSC / PATRAN y analizado utilizando MSC / ABAQUS. El borne se consideró constreñido en el borde trasero inferior y en la superficie de contacto del cable con el borne (véase la Fig. 9f). El borne fue cargado mediante la aplicación de un desplazamiento forzado hacia los salientes roscados superior e inferior en la dirección Y. La condición de contacto limítrofe sobre los salientes mostrados fue, así mismo, incluida con un coeficiente estático de fricción (k = 4), un valor de conservación típico. La Fig. 9a ilustra el punto de arranque inicial de la estructura en la que aY = 0, P = 0 y Fs = 0. La Fig. 9b ilustra la información controlada de la carcasa que se produce tras el desplazamiento en la dirección Y de 0,345 mm. En este punto, P = 1535 N y Fs = 453 N. La deformación controlada ilustrada en la Fig. 9b representa la deformación aproximada que se produce en el borne de la presente invención tras la aplicación de un par de instalación de aproximadamente 2,82 Nm (el cual representa una condición de prueba máxima). Las Figs. 9c a 9e ilustran la deformación continuada del borne mediante un desplazamiento forzado adicional. Más concretamente, la Fig. 9c ilustra un desplazamiento en la dirección Y de 0,74 mm, la Fig. 9d ilustra un desplazamiento en la dirección Y de 0,94 mm y la Fig. 9e representa un desplazamiento en la dirección Y de 1,09 mm. El borne ilustrado en la Fig. 9e se consideraría destruido tras una inspección visual del mismo. La Fig. 9f es una representación tridimensional del modelo de elemento finito que muestra esa porción del modelo que fue constreñida. Tal y como se indicó este modelo consideró la interacción de los pies inferior y superior de la pared superior.

La Fig. 10 ilustra gráficamente la relación entre la fuerza P de carga de la precarga de tracción y la deformación a. La curva interior representa la fuerza de cizalla Fs introducida en la estructura. Tal y como se aprecia, la fuerza de cizalla Fs aumenta rápidamente con la fuerza de tracción P, pero a continuación se nivela a una fuerza de aproximadamente 445 N. Como advertirán los expertos en la materia, esta nivelación representa el punto en el que el material comienza a experimentar la deformación plástica. La curva superior representa la fuerza de tracción P introducida en la estructura. Tal y como se muestra, la fuerza de tracción P aumenta rápidamente hasta aproximadamente 1423 - 1601 N, después de lo cual la fuerza se nivela hasta aproximadamente 1668 N una vez que el material comienza a experimentar la deformación plástica y, a continuación, de nuevo empieza a aumentar cuando la deformación del borne alcanza aproximadamente 1,52 mm. Cuando un par de prueba de instalación Tl de 2,82 Nm es aplicado al tornillo prisionero preferente de la presente invención conformado a partir de latón estañado grueso de 1,02 mm, la fuerza de tracción del borne es de 1481 N utilizando un diámetro de tornillo prisionero de 6,35 mm y un coeficiente de fricción de 0,3:

P = T / kD= (25 / 0,3) (0,25) = 333 lb)

= 2,82 / (0,3) ( 6,35 x 10-3) = 1481 N

Una fuerza de tracción de 1481 N se corresponde con un punto E sobre la curva P. Debe apreciarse que el punto E está fuera de la zona de la deformación plástica cuyo inicio comienza en aproximadamente el punto G sobre la curva

P. Tal y como se muestra, el punto E sobre la curva P se corresponde con el punto H sobre la cuerva Fs, esto es, ambos puntos representan una deformación de aproximadamente 0,345 mm. (véase la Fig. 9b). El punto H de la curva Fs tiene un componente de fuerza vertical de aproximadamente 445N. De esta manera, una fuerza Fs de 445 N, un diámetro de tornillo prisionero de 6,35 mm y un coeficiente de fricción de 0,3, el par parásito será

S = (100) (0,25) (0,3) = 7,5 in-lb)

= (445) (6,35 x 10-3) (0,3) = 0,85 N - m

Como advertirán los expertos en la materia, la resistencia de la mayoría de los materiales es mayor en compresión que en tensión. Con referencia a la Fig. 11, el borne 100 está conformado con unos collarines 126, 128, estando el collarín 126 conformado como parte del pie superior 116 y estando el collarín 128 conformado como parte del pie inferior 118. De esta manera, el collarín 126 es extruido hacia arriba desde la superficie 130 del pie superior 116 hasta una distancia M1 (donde M1 es aproximadamente 1,905 mm), mientras el collarín 128 está, así mismo, extruido hacia abajo desde la superficie 132 del pie inferior 118 hasta una distancia M1 (donde M1 es aproximadamente 1,905 mm). De esta manera, cada paso roscado incluye al menos tantos hilos de rosca como el paso roscado del borne 50 de la técnica anterior conformado a partir del material que presenta dos veces el grosor de pared. Cuando el tornillo es apretado contra el cable, el tornillo aplica una fuerza P sobre el cable. Esta fuerza P, la cual es, así mismo, experimentada por el tornillo, actúa contra el collarín 128 del pie inferior 118, aplicando una fuerza compresora a los hilos de rosca del paso 122 (esto es, la fuerza actúa contra la dirección de extrusión). Los hilos de rosca del paso 122 son por tanto capaces de aceptar fuerzas mayores sin que se produzca la arrancadura de los mismos, en comparación con los bornes de la técnica anterior. La fuerza que actúa contra el pie inferior 118 provoca que el pie comience a abrirse por efecto de leva. El collarín unido al pie superior 116 acepta la carga de leva, aplicando una fuerza compresora sobre los hilos de rosca del paso 120. De nuevo aquí, los hilos de rosca del paso 120 son capaces de aceptar fuerzas mayores sin arrancadura.

El borne 100 está, de modo preferente, conformado a partir de una cinta 150 de un material semielaborado de chapa

(por ejemplo, latón estañado con un grosor de pared de 1,02 mm), tal y como se muestra en la Fig. 12a. Unos

agujeros 152 están conformados en la cinta 150. Los agujeros 152 son a continuación extruidos para formar los

collarines 126, 128 de igual diámetro, tal y como se muestra en la Fig. 12b. Los collarines están conformado sobre

5 lados opuestos de las cintas. Esta técnica se designa habitualmente como “perforación y extrusión”. Estos collarines,

los cuales definen los pasos 120, 122 son a continuación roscados, de modo preferente con hilos de rosca de

tamaño similar. Esta técnica proporciona el beneficio adicional de que los hilos de rosca resultantes son endurecidos

por medios mecánicos. Con referencia a la Fig. 12c, los lados opuestos de la cinta son a continuación doblados para

formar los pies superior e inferior 116, 118, respectivamente. Finalmente, esta cinta es doblada hasta adoptar la 10 configuración preferente de la Fig. 12d, provocando que el collarín del pie superior 116 quede situado sobre su

superficie exterior, y que el collarín del pie superior 118 quede situado sobre su superficie inferior.

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Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

   1.- Un borne de sujeción (100) que comprende:

   una carcasa (102) definida por al menos unas paredes superior, inferior y laterales (108, 114, 110, 112);

   un medio de sujeción (104) que coopera con dicha pared superior (108) y que puede avanzar entre una primera posición en la cual una porción de un cuerpo (124) puede ser situada dentro de dicha carcasa (102) y una segunda posición en la cual dicha porción puede ser presionada entre dicha pared inferior (114) y dicho medio de sujeción (104), por medio de lo cual dicha porción queda retenida dentro de dicha carcasa (102); en el que

   dicha pared superior (108) incluye unos pies inferior y superior (116, 118), estando dicho pie superior (116) conformado de manera integral con una de dichas paredes laterales (112) y estando dicho pie inferior (118) conformado de manera integral con la otra de dichas paredes laterales (110), y en el que cada uno de dichos pies (116, 118) incluye un collarín roscado extruido (126, 128) situado sobre una superficie de aquél, y

   dicho collarín situado sobre dicho pie superior es extruido hacia arriba desde una superficie superior de dicho pie superior, y definiendo cada uno de dichos collarines una dirección de extrusión y estando situado de tal manera que los hilos de rosca de dichos collarines sean sometidos a una fuerza compresora que actúe en una dirección genéricamente opuesta a dicha dirección de extrusión, tendiendo con ello a comprimir cada uno de dichos collarines con respecto a su pie asociado cuando dicho medio de sujeción (104) es avanzado hasta dicha segunda posición caracterizado porque: dicho collarín situado sobre dicho pie inferior es extruido hacia abajo desde una superficie inferior de dicho pie inferior.
2. 2.- El borne (100) de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que dichos collarines definen unos pasos para el avance a través de ellos de dicho medio de sujeción (104), y en el que dichos pasos están axialmente desalineados de forma que la alineación de dichos pasos para la inserción de dicho medio de sujeción (104) confiere unas fuerzas de cizalla resistentes a las vibraciones sobre dichos pasos para el medio de sujeción que ofrecen resistencia a la expulsión de dicho medio de sujeción (104) cuando dicha carcasa (102) es sometida a vibración.
3. 3.- El borne (100) de acuerdo con las Reivindicaciones 1 o 2, en el que dicho medio de sujeción (104) está configurado para introducir un esfuerzo dentro de dicha carcasa (102) cuando dicho medio de sujeción (104) es desplazado hacia dicha segunda posición apretada, y en el que dicha carcasa (102) está configurada para posibilitar que dicho esfuerzo produzca unas fuerzas de cizalla transversales a lo largo de dicha pared superior (108) las cuales actúan contra dicho medio de sujeción, desarrollando dichas fuerzas de cizalla un par parásito en una dirección opuesta con respecto a un par de instalación en el que la relación de fuerzas se define mediante la ecuación

   T = kDP - S

   en la que

   T = par de instalación ;

   k = factor de fricción de tuerca (0,08 a 1,0);

   D = diámetro medio del perno;

   P = fuerza de precarga de tracción; y

   S = par parásito debido al cizallamiento de los hilos de rosca y S = f(T).
4. 4.- Un procedimiento de formación de un borne (100), que comprende:

   la provisión de una cinta de material;

   la perforación de un primer agujero a través de un primer lado de dicha cinta y de un segundo agujero a través de una segunda cinta;

   la extrusión de cada uno de dichos agujeros para formar unos primero y segundo collarines situados sobre dichos primero y segundo lados de dicha cinta, respectivamente, definiendo dichos collarines una dirección de extrusión;

   el aterrajado de cada uno de dichos collarines;

   la formación de una carcasa (102) definida por al menos unas paredes superior, inferior y laterales (108, 114, 110, 112), incluyendo dicha pared superior unos pies superior e inferior (116, 118), incluyendo dicha etapa de formación la etapa de doblado de dicha cinta para sustancialmente alinear dichos collarines para posibilitar que un tornillo prisionero (104) quede encajado por rosca con dichos dos collarines, extendiéndose dicho collarín dispuesto sobre dicho pie superior hacia arriba desde una superficie superior de dicho pie superior, y extendiéndose dicho collarín dispuesto sobre dicho pie inferior hacia abajo desde una superficie inferior de dicho pie inferior, incluyendo dicha etapa de doblado una etapa adicional de colocación de dichos collarines roscados con respecto a dicha carcasa

   (102) para someter los hilos de rosca (126, 128) de dichos collarines a una fuerza compresora la cual actúa en una dirección genéricamente opuesta a dicha dirección de extrusión y que tiende a comprimir cada uno de dichos collarines con respecto a su pie asociado cuando un cuerpo (124) es fijado sólidamente dentro de dicha carcasa

   5 (102).
5. 5.- El procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 4, que comprende la etapa adicional de la formación de al menos una porción de dicha cinta en un brazo (152), estando dicho brazo (152) adaptado para su fijación posterior a un miembro cooperante.
6. 6.- El procedimiento de acuerdo con las Reivindicaciones 4 o 5, que comprende la etapa adicional de la formación 10 de al menos una porción de dicha cinta en una base de soporte (154) adaptada para cooperar con dicho miembro.
7. 7.- El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las Reivindicaciones 4 a 6, en el que dicha etapa de doblado incluye la etapa de desalineación de dichos collarines roscados, de forma que se confiere una fuerza de resistencia a las vibraciones sobre dicho tornillo prisionero (104) tras el encaje roscado de dicho tornillo prisionero (104) con dichos dos collarines roscados.

   15 8.- El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las Reivindicaciones 4 a 7, en el que dicha etapa de doblado incluye una etapa adicional de formación de un canal en una pared inferior (114) de dicha carcasa (102) para facilitar la sujeción de un cuerpo (124) en su interior.
8. 9.- El borne (100), de acuerdo con la reivindicación 1:

   en el que dichos collarines definen unos pasos, y dichos pasos están axialmente desalineados, de forma que la

   20 alineación de dicho paso para la inserción de dicho medio de sujeción (104) confiere unas fuerzas de cizalla resistentes a las vibraciones sobre dicho medio de sujeción (104) a lo largo de dichos pasos roscados que ofrecen resistencia a la expulsión de dicho medio de sujeción (104) cuando dicha carcasa (102) es sometida a vibración.