ES2603078T3 - Tornillo/perno autorroscante de alto rendimiento para utilización en un anclaje de tuerca sin rosca - Google Patents

Tornillo/perno autorroscante de alto rendimiento para utilización en un anclaje de tuerca sin rosca Download PDF

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Abstract

Fijación roscada exteriormente (20), comprendiendo la fijación: un perfil de rosca (26), que está definido por tres zonas; en la que un perfil de zona exterior (B) está definido con unas caras de perfil (45, 45a) de rosca construidas como parábola; en la que una zona central (A) está definida con unas caras de perfil construidas como los lados de un trapecio (35, 35a, 36, 36a); en la que una zona interior (C) está definida con unas caras de perfil (51, 51a) construidas como una hipérbola; en la que la forma de perfil se desarrolla alrededor de un diámetro de paso (31) básico seleccionado, siendo el diámetro de paso un diámetro de paso básico nominal seleccionado, al que se añade una desviación fundamental seleccionada, una altura de los lados del trapecio está igualmente espaciada por encima y por debajo del diámetro de paso; en la que la parábola de zona exterior está construida desde la posición superior (35, 35a) del trapecio central hacia el diámetro mayor exterior (42, 42a) de la rosca de tornillo/perno, en la que en el diámetro exterior está prevista una anchura de cresta (40), en la que termina la parábola, en la que la hipérbola de zona interior está construida desde la posición interior (36, 36a) del trapecio central y se extiende hacia el diámetro de rosca (52, 52a) menor; y en la que la hipérbola interior se extiende hacia el centro entre las roscas en el punto, en el que entra en contacto con el diámetro de rosca menor.

Description

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DESCRIPCION
Tornillo/perno autorroscante de alto rendimiento para utilization en un anclaje de tuerca sin rosca.
Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a una nueva geometrla de perfil de rosca de tornillo que presenta beneficios particulares cuando se utiliza en un tornillo autorroscante de alto rendimiento que se inserta en un anclaje de tuerca sin rosca, de un material ductil, para efectuar un montaje.
Antecedentes de la invencion
Los tornillos autorroscantes de alto rendimiento se introdujeron por primera vez en el mercado en los anos 60 para proporcionar medios para roscar una rosca de tuerca de acoplamiento, en anclajes de acero y aleacion ligera, en los que la rosca formada en el anclaje serla igual a la producida por las tecnologlas de formation de rosca o roscado de rosca mas convencionales asociadas con roscas de tornillo/tuerca de maquina estandares. El tornillo, cuando se inserta en el montaje, permanecerla como una parte solidaria del montaje terminado. Este sistema es similar, en muchas maneras, a los tornillos de rosca cortante que se introdujeron en los anos 30 para montar estructuras de chapa metalica. La diferencia entre los dos sistemas es que los “tornillos autorroscantes de alto rendimiento” producirlan roscas de tuerca de acoplamiento que serlan equivalentes a “reglas de tornillo de maquina” especificadas y podrlan utilizarse en anclajes que tuvieran espesores superiores a 2 veces el diametro nominal de tornillo. Esta caracterlstica no estaba disponible habitualmente con los tornillos de rosca cortante de los anos 30.
Se han realizado muchas mejoras al concepto de diseno original para “tornillos autorroscantes de alto rendimiento” en esa industria, habiendo reconocido que las ventajas de ahorro en costes in situ de tales productos estaban pidiendo beneficios sobre y por encima de los contemplados cuando se introdujo la version de los anos 60.
Se han concedido muchas patentes en el mundo que resaltan la naturaleza de la invencion de los enfoques actuales que se han tomado para cumplir con los requisitos de la industria para este tipo de producto. Las patentes concedidas en EEUU, que cumplen con la necesidad de mejoras incluye, entre otras, la patente US n.° 5.722.808, titulada THREADED FaStENeR SYSTEM, concedida el 3 de marzo de 1998, a Alan Pritchard.
Sumario de la invencion
Por consiguiente, es el objetivo de la presente invencion proporcionar una geometrla de perfil de rosca de tornillo/perno que es particularmente adecuado para formar una rosca de tuerca de acoplamiento cuando el tornillo se inserta en un orificio de diametro sencillo, en el anclaje y se rota de un modo por el que el angulo de helice de rosca provocara el movimiento hacia adelante axial relativo del tornillo/perno, al interior del anclaje. Esta rotation y movimiento axial relativo seran el motor principal en desarrollar la rosca de tuerca que presenta contacto de acoplamiento con la rosca de tornillo/perno.
El nuevo diseno de perfil de rosca difiere de otros disenos conocidos utilizados en tornillos autorroscantes de alto rendimiento en que esta construido de tres zonas o secciones definidas que realizan cada una su propia funcion, durante el proceso de formacion de rosca de tuerca, pero actuan conjuntamente para dar beneficios que estan sobre y por encima de otros sistemas conocidos. El perfil de rosca de la presente invencion es simetrico alrededor de una llnea imaginaria que es perpendicular al eje del tornillo/perno.
La section central, del perfil de rosca, definida como ZONA “A” (figura 2) se desarrolla alrededor de un diametro de paso basico seleccionado de una rosca de estilo tornillo de maquina mas una “desviacion fundamental” seleccionada. Los valores seleccionados pueden ser los aceptados como una regla para roscas de perfil M, roscas U.N.C., roscas U.N.F. o cualquier otra regla que se considere aplicable a una necesidad particular. La altura de la ZONA “A” esta igualmente espaciada por encima y por debajo de este dato para producir una seccion de geometrla trapezoidal. La magnitud de la altura del trapecio sera de manera ilustrativa del orden de 1,5 a 3 veces la tolerancia de diametro de paso que se selecciona para una rosca de fijacion particular. El angulo del trapecio es el que se
refiere a la regla elegida especlfica. Para roscas unificadas y de perfil M, este angulo es de 60°.
La seccion de cresta, del perfil de rosca, definida como ZONA “B” (figura 2) se desarrolla a partir de la utilizacion de una parabola. La parabola, para ambos lados de la seccion exterior, esta construida desde la periferia exterior y anchura de cresta de la rosca, en asociacion con el punto en el que termina el punto superior/exterior de la ZONA
“A”. La position de estos puntos de determination se desarrollara con referencia a la figura 2 y la figura 3.
La seccion de ralz, definida como ZONA “C” (figura 2), se desarrolla a partir de la utilizacion de una hiperbola. La hiperbola, para ambos lados de la zona de rosca interior, esta construida desde el punto interior/exterior de la ZONA “A” y el punto en el que la ralz de rosca coincide con el centro del espacio entre las roscas.
Se reivindica inicialmente que el desarrollo de la parabola, para la cresta exterior (Zona B) y la seccion de ralz de
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hiperbola (Zona “C”) utilizan posiciones de partida diferentes a partir de las que desarrollar las formas respectivas. La parabola para la cresta se basa en un rectangulo que presenta un lado que fluye paralelo a la cara lateral del trapecio. El rectangulo para el desarrollo de la hiperbola de ralz presenta lados que son perpendiculares al eje del tornillo. El proposito de estas diferencias se mostrara y su utilization innovadora se describira a continuation.
El punto de entrada del tornillo/perno consistira en un numero definido de pasos de rosca que presentaran conicidad hacia dentro hacia el punto. Gracias al nuevo diseno de perfil de rosca, estas roscas conicas presentaran la forma parabolica, a la entrada, que se define como ZONA “B”, en el perfil completo. Esta geometrla permitira un par de formation de rosca inicial bajo que mostrara un aumento controlado a medida que la rosca de tuerca se forma completamente. Esta forma de rosca de cresta tambien ayudara a evitar la “rosca cruzada” si fuera necesario retirar y volver a insertar el tornillo/perno.
Breve descripcion de los dibujos
Las anteriores y ventajas adicionales de la invention pueden comprenderse mejor mediante la referencia a la siguiente descripcion en conjuncion con los dibujos adjuntos en los que numeros de referencia similares indican elementos identicos o funcionalmente similares:
la figura 1 es una vista lateral de la fijacion segun una forma de realization ilustrativa de la presente invencion;
la figura 2 es una vista en section ampliada del perfil de rosca innovador segun una forma de realizacion ilustrativa de la presente invencion;
la figura 3 es un desarrollo que muestra la parabola utilizada para producir la parte de cresta de rosca, segun una forma de realizacion ilustrativa de la presente invencion; y
la figura 4 es un desarrollo que muestra la hiperbola de ralz de rosca, segun una forma de realizacion ilustrativa de la presente invencion.
Descripcion detallada de formas de realizacion ilustrativas
Con referencia a la figura 1, se muestra un tornillo/perno 20 de formacion de rosca, que incorpora el perfil de rosca 26 innovador segun una forma de realizacion ilustrativa de la presente invencion. El tornillo/perno incluye una cabeza 22 con medios adecuados para aplicar rotation relativa entre el tornillo/perno y un elemento de tuerca “N” que incorpora un orificio piloto sin rosca adecuado. El vastago 23 roscado se extiende desde la parte inferior de la cabeza del tornillo/perno que culmina en un punto de entrada 24 de paso helicoidal conico en el extremo mas alejado de la cabeza 22. El vastago 23 comprende de manera ilustrativa una geometrla de seccion transversal lobular que es de una forma definida en la patente US n.° 3.195.196. El area de la seccion transversal tambien puede ser, si se requiere, de una forma circular. El punto de entrada 24 de paso helicoidal conico se construye con una conicidad 24a para facilitar la insertion facil en el orificio piloto en el anclaje de tuerca “N”.
El vastago 23 incluye un nucleo 25 y una rosca helicoidal 26 generada alrededor del nucleo 25. La rosca helicoidal 26 es simetrica alrededor de una llnea imaginaria 27 que es perpendicular al eje 28 de tornillo/perno. La magnitud del angulo a de helice de rosca es un desarrollo matematico a partir de los valores elegidos para el diametro mayor 29 de rosca y el paso de rosca 34 seleccionado.
Con referencia a la figura 2 se muestra el perfil de rosca en mayor detalle. Como puede verse a partir de este dibujo, la rosca 26 comprende 3 zonas, A, B y C. Cada zona es simetrica alrededor de una perpendicular 27 imaginaria al eje 28 de fijacion (figura 1).
La zona “A” es la seccion central de la rosca al observarse en seccion transversal. La zona puede verse como trapezoidal, siendo los angulos 101 laterales de 60° o puede que del angulo especificado para una exigencia de regla conocida que se elige para adecuarse a las necesidades de un montaje especlfico. El diametro 31 es el que se refiere al diametro de paso basico elegido para la rosca mas una desviacion fundamental seleccionada. La utilizacion de una “desviacion fundamental” por encima de la del diametro de paso basico, es un modo nuevo de lograr una parabola de perfil de cresta definida en la construction al utilizarse en asociacion con la anchura de cresta 40. La altura del trapecio 32 esta espaciada igualmente alrededor del diametro 31. La altura 32 es de manera ilustrativa una magnitud igual a dos veces la tolerancia de fabricacion elegida para el diametro 31 de la rosca helicoidal 26 de la fijacion. La altura del trapecio puede, sin embargo, estar dentro del intervalo de 1,3 a 2 veces la tolerancia de fabrication elegida para el diametro de paso 31 de rosca. La anchura 31a de cara plana se determina matematicamente a partir de la altura 31 y el angulo 101 de cara. (Como un ejemplo: Para un angulo de cara = 60°. 31a = 31 / sen 60).
La anchura del trapezoide 33, relacionada con el diametro de paso 31 seleccionado, debe de manera ilustrativa ser igual a la mitad del paso de rosca 34 axial de tornillo seleccionado para la fijacion. Los extremos de la zona trapezoidal terminan en los puntos 35, 35a, 36 y 36a. Estos puntos proporcionan las posiciones relativas para los
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puntos de partida para la cresta de rosca, zona “B” (puntos 35 y 35a) y la construccion de ralz de rosca, zona “C” (puntos 36 y 36a).
La zona “B” se observa como la cresta de la rosca que presenta una anchura de cresta 40 y una altura 41 por encima del diametro de paso seleccionado de la fijacion 3l. La anchura de cresta 40 esta espaciada igualmente alrededor de la perpendicular 27 imaginaria al eje 28 de fijacion y presenta una magnitud ilustrativa que es igual a una decima parte del paso axial de tornillo seleccionado. La anchura de la cresta puede, sin embargo, estar dentro del intervalo de 0,10 a 0,125 veces el paso axial 34 seleccionado. Los extremos de esta anchura de cresta se denotan por los puntos 42 y 42a. Dos puntos imaginarios adicionales 43 y 43a estan posicionados perpendiculares a y directamente relacionados con una paralela 44 y 44a a las caras de perfil laterales de la zona “A”.
Los perfiles de la cresta 45 y 45a se construyen como parabola y completan la zona “B”, perfil de rosca y seccion de cresta. La parabola 45 se construye entre los puntos denotados como 35, 42 y 43 y la parabola 45a construida entre los puntos 35a, 42a y 43a. Con referencia a la figura 3 se ilustra la construccion de la parabola 45 como se observa entre los puntos relativos. La parabola 45a se construye como una imagen especular de la parabola 45.
La cresta de la parabola se introduce para proporcionar una velocidad de flujo controlada del material de anclaje de tuerca N, cuando la fijacion se inserta inicialmente y se impulsa para formar una rosca de tuerca de acoplamiento. La velocidad de flujo inicial sera relativamente alta y se reducira y controlara bajo la influencia de la parabola a medida que se logra el enganche de rosca de acoplamiento. La ventaja de este control esta enfocada hacia un procedimiento mas eficaz para construir una rosca de tuerca y perno de acoplamiento.
Las caras de perfil 51 y 51a de la zona “C” se construyen como hiperbola. La cara de perfil 51 se construye entre los puntos 36, 52 y 53. El punto 52 presenta una posicion ilustrativa que esta en la periferia exterior del nucleo 25 de fijacion y el punto central del paso axial 19 de rosca de fijacion seleccionada. El punto 53 que presenta una posicion ilustrativa que esta en la interseccion de una llnea perpendicular imaginaria que se extiende hacia dentro desde la posicion denotada como 36 de la cara de perfil de la zona “A” y su interseccion con la periferia del nucleo 25 de fijacion.
La figura 4 muestra un dibujo del procedimiento utilizado para desarrollar la hiperbola en la ralz del perfil de rosca. La cara de perfil 51a se construye como una hiperbola con los extremos 36a, 52a y 53a, que desarrollan una imagen especular de la forma resumida en el parrafo anterior.
El proposito para la formacion de ralz que va a desarrollarse como hiperbola es para ayudar en el flujo de material de tuerca a una velocidad controlada que mejorara la formacion de rosca de tuerca durante la insercion del tornillo/perno autorroscante de alto rendimiento. Una ventaja adicional es que la nueva construccion de esta forma de ralz de rosca de la invention ayudara a resistir el potencial para que la fatiga del tornillo/perno sea un factor significativo en un montaje.
Aunque se ha descrito anteriormente en la presente memoria una forma de realization ilustrativa de la presente invencion, los expertos en la materia entenderan que pueden realizarse muchas variaciones o modificaciones en detalle de diseno o construccion sin apartarse de la presente invencion, tal como se define por las reivindicaciones.
Una forma de realizacion alternativa de la presente invencion es construir la comprension innovadora de la presente invencion de modo que proporcione ventajas cuando se utiliza el tornillo en el montaje de componentes plasticos. Los cambios que pueden adoptarse, con este proposito, y con referencia a la figura 2 son:
El angulo 101 de rosca ha de estar dentro del intervalo de 65 grados a 75 grados. La anchura de cresta 40 se selecciona segun practicas generales para “tornillos que van a utilizarse en materiales plasticos”. El diametro de paso 31 imaginario se selecciona de modo que es la mitad de la altura de la profundidad de rosca. Tal altura se construye utilizando; diametro exterior 29 de tornillo menos diametro de ralz 25 de tornillo y dividiendo el resultado por dos.
La cresta del perfil (Zona “B”) presenta una cara de rosca construida como una curva parabolica que utiliza los puntos 42 y 43 definidos a lo largo de la llnea imaginaria 44. Esta llnea imaginaria 44 sera ahora el perfil de cara inclinada de la rosca innovadora para la utilization en materiales plasticos. La forma de rosca, hacia la ralz de la rosca sera como de una curva hiperbolica. Utilizando este procedimiento de construccion, la anchura de la rosca 33 se reducira de modo que corresponde a la anchura en la que la cara inclinada 44 se encuentra con el diametro de paso 31 imaginario.
Debe entenderse que las siguientes reivindicaciones estan destinadas a cubrir todas las caracterlsticas genericas y especlficas de la invencion descritas en la presente memoria.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Fijacion roscada exteriormente (20), comprendiendo la fijacion: un perfil de rosca (26), que esta definido por tres zonas;
    en la que un perfil de zona exterior (B) esta definido con unas caras de perfil (45, 45a) de rosca construidas como parabola;
    en la que una zona central (A) esta definida con unas caras de perfil construidas como los lados de un trapecio (35, 35a, 36, 36a);
    en la que una zona interior (C) esta definida con unas caras de perfil (51, 51a) construidas como una hiperbola;
    en la que la forma de perfil se desarrolla alrededor de un diametro de paso (31) basico seleccionado, siendo el diametro de paso un diametro de paso basico nominal seleccionado, al que se anade una desviacion fundamental seleccionada, una altura de los lados del trapecio esta igualmente espaciada por encima y por debajo del diametro de paso;
    en la que la parabola de zona exterior esta construida desde la posicion superior (35, 35a) del trapecio central hacia el diametro mayor exterior (42, 42a) de la rosca de tornillo/perno, en la que en el diametro exterior esta prevista una anchura de cresta (40), en la que termina la parabola, en la que la hiperbola de zona interior esta construida desde la posicion interior (36, 36a) del trapecio central y se extiende hacia el diametro de rosca (52, 52a) menor; y
    en la que la hiperbola interior se extiende hacia el centro entre las roscas en el punto, en el que entra en contacto con el diametro de rosca menor.
  2. 2. Fijacion roscada segun la reivindicacion 1, en la que la altura del trapecio central es de 1,3 veces la tolerancia de fabrication elegida para el diametro de paso basico mas la desviacion fundamental seleccionada.
  3. 3. Fijacion roscada segun la reivindicacion 1, en la que la altura del trapecio central esta en un intervalo de 1,3 a 2 veces la tolerancia elegida para el diametro de paso basico mas la desviacion fundamental seleccionada.
  4. 4. Fijacion roscada segun las reivindicaciones 1, 2 y/o 3, en la que la anchura de cresta del perfil de rosca en su diametro mayor es 0,10 veces el paso axial de rosca seleccionado.
  5. 5. Fijacion roscada segun las reivindicaciones 1,2 y/o 3, en la que la anchura de cresta del perfil de rosca en su diametro mayor esta en el intervalo de 0,100 a 0,125 veces el paso axial de rosca seleccionado.
  6. 6. Fijacion roscada segun las reivindicaciones 1, 2 o 3 y 4 o 5, en la que la parabola desarrollada para el perfil exterior de la rosca se genera entre el punto exterior de la anchura de cresta y el punto superior/exterior del trapecio central.
  7. 7. Fijacion roscada segun la reivindicacion 1, en la que el perfil interior de la rosca se desarrolla como una hiperbola entre el punto inferior/exterior del trapecio central y la posicion central entre unas roscas adyacentes, en el que esa posicion central se encuentra con el diametro de rosca menor.
  8. 8. Fijacion roscada segun la reivindicacion 1, en la que el rectangulo desarrollado para construir la parabola para la superficie exterior adyacente a la cresta es paralelo a la cara del trapecio central.
  9. 9. Fijacion roscada segun la reivindicacion 1, en la que el rectangulo para construir la hiperbola de ralz presenta unos lados verticales que son perpendiculares al eje de la fijacion.
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