ES2624861T3 - Tornillo autorroscante para la conexión de al menos dos elementos - Google Patents

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Abstract

Tornillo (10) autorroscante para la conexión de al menos dos elementos (11, 12), que comprende un vástago (13) cilíndrico desde el que sobresale de manera monolítica con el mismo lo siguiente: en un primer extremo, una punta (14) con un diámetro D1 para perforar todos los elementos (11, 12) destinados a verse afectados por dicho tornillo (10) autorroscante, y en el segundo extremo opuesto, una cabeza (15) de limitación de carrera, en la zona (16) intermedia de dicho vástago (13) al menos una porción (17) roscada que está prevista para autoatornillarse en un orificio (18) correspondiente que está formado en un elemento (12) interior de dichos al menos dos elementos (11, 12), caracterizado porque dicho vástago (13) está dispuesto en tracción entre dicha cabeza (15) y dicha porción (17) roscada, dicha punta (14) tiene un diámetro (D1) exterior que es mayor que el diámetro (D2) exterior de dicho vástago (13), y dicha al menos una porción (17) roscada tiene un diámetro (D3) exterior que es mayor que el diámetro (D4) del orificio (18) creado por la punta (14).

Description

Tornillo autorroscante para la conexión de al menos dos elementos
La presente invención se refiere a un tornillo autorroscante para la conexión de al menos dos elementos.
Un tornillo autorroscante de este tipo está particularmente adaptado para aplicaciones que implican madera/metal, madera/metal/madera, madera/metal/metal, madera/metal/mampostería, madera/metal/plástico, y similares.
En el campo de la construcción totalmente de madera, o la construcción mixta de madera/hormigón, es frecuente el uso de estructuras en las que hay elementos en forma de columna, conocidos como componentes primarios, que están dotados de abrazaderas en forma de T cuya espiga central en voladizo está adaptada para acoplarse con la parte de cabezal de una viga de madera, o de un panel de madera, que son componentes secundarios, en los que está definido un asiento correspondiente para la espiga central en voladizo.
En el componente secundario de madera, el asiento para la espiga en voladizo está constituido sustancialmente por una entalladura, o por una cavidad, proporcionada por ejemplo mediante fresado y de una profundidad tal como para albergar toda la espiga en voladizo; tal asiento se proporciona en el centro de la anchura del componente secundario con el fin de impedir cargas excéntricas.
Tal como se muestra de forma esquemática en la figura 1, que es ilustrativa de la técnica conocida, con el fin de acoplar la abrazadera A, que ya está fijada al componente B primario, al cabezal C de la viga D de madera, se usan pasadores E tradicionalmente lisos, o pernos, o barras roscadas, que están adaptados para insertarse horizontalmente en primeros orificios F correspondientes que se proporcionaron previamente en las dos secciones G y H del cabezal C de la viga D, y en segundos orificios L correspondientes realizados en la espiga M en voladizo intermedia, en los que están definidas las dos secciones G y H mediante el asiento N interpuesto para la espiga M en voladizo.
Los reglamentos técnicos vigentes para construcciones de madera recomiendan un diámetro del orificio en la madera que sea igual en la medida de lo posible al diámetro del vástago liso del pasador, mientras que para el orificio en la espiga metálica en voladizo se acepta una tolerancia máxima de 1 mm entre el diámetro del orificio y el diámetro del vástago del pasador.
Los mismos reglamentos indican que el diámetro mínimo para aplicaciones estructurales es un diámetro de Ø 6,0 mm para la parte lisa del vástago, y acero de grado S235.
Tales sistemas de fijación con pasadores y orificios prefabricados tienen la ventaja de ser relativamente baratos de adquirir e implementar, pero tienen la desventaja de que es necesario realizar orificios de antemano, tanto en la madera como en el metal de la espiga en voladizo.
Dado el tamaño significativo de los componentes primarios y secundarios en juego y las tolerancias aplicadas en la construcción de edificios, por motivos prácticos estos orificios casi siempre se realizar in situ, un entorno en el que es prácticamente imposible usar maquinaria controlada digitalmente que pueda garantizar la perpendicularidad perfecta del orificio con respecto a la espiga en voladizo.
El resultado es que a menudo, los pasadores se montan con una inclinación que no es según el diseño, con los consiguientes problemas de excentricidad de cargas y tensiones en general.
Hoy en día, están disponibles pasadores en el mercado que hacen posible evitar la realización de orificios de antemano.
Tales pasadores están constituidos por un vástago liso que está dotado, en un extremo, de una muesca en la que está enclavada y/o soldada una hoja de acero de alta resistencia especial que está adaptada para perforar tanto la madera como la espiga metálica en voladizo.
La hoja del pasador tiene la función de crear un orificio del mismo tamaño que el diámetro del vástago liso.
En el extremo del vástago que está opuesto a la hoja, hay una parte de roscado cuya única función es no permitir que el pasador se mueva axialmente en el interior del orificio en la madera.
Aunque tales pasadores están extendidos, tienen inconvenientes considerables que están vinculados con la conexión entre el vástago y la hoja de corte; de hecho, debido al calor generado por la acción de corte, las fuerzas de torsión transmitidas entre vástago y la hoja, y la presión provocada por la acumulación de las virutas producidas por el proceso de perforación, a menudo sucede que la hoja se separa del vástago.
Esto conduce a la sustitución inconveniente del pasador roto por otro nuevo con el fin de terminar la tarea, con la
inconveniencia añadida de tener que tirar de la hoja que se ha separado del vástago fuera del orificio que está realizándose.
Tal problema puede afectar a un porcentaje de entre el 10% y el 15% de las piezas, pero esto aumenta de manera apreciable si la dirección de inserción de los pasadores no es perpendicular a la espiga metálica en voladizo, o con el aumento de calidad del metal de la espiga en voladizo.
Otro inconveniente de los pasadores convencionales está relacionado con sus aplicaciones en estructuras que pueden ser objeto de incendios.
De hecho, debido a la acción del fuego, la sección transversal del componente secundario de madera, por ejemplo una viga, se reduce bastante rápidamente, y la parte de roscado del pasador con la hoja de perforación unida se sitúa próxima a la capa exterior de la viga de madera, porque está cerca de la cabeza del pasador.
Tal porción de roscado, cuya función es impedir el movimiento axial del pasador en los orificios en los que se inserta, pierde su eficiencia en madera carbonizada, con el consiguiente riesgo de extracción justo en el momento más crítico para la estructura en la que ha prendido fuego.
Otro inconveniente de los pasadores convencionales es que no producen una sujeción estable del cabezal de la viga de madera a la espiga metálica en voladizo; de hecho, entre la espiga en voladizo y las caras interiores de su asiento en el cabezal de la viga hay un juego que los pasadores convencionales no anulan, puesto que la porción roscada debajo del cabezal solo se engancha con la capa exterior y, por tanto, no establece una conexión en la dirección del eje del pasador entre la capa de madera del cabezal de la viga y la capa metálica de la espiga en voladizo de la abrazadera.
También están disponibles en el mercado tornillos que están dotados de una punta autorroscante para la perforación de metal que se realiza mediante moldeo, y con un roscado que se extiende por más de la mitad del vástago, que comienza inmediatamente después de la punta autorroscante.
Tal roscado permite al tornillo fijarse a una capa metálica subyacente a una primera capa de otro material, por ejemplo madera.
Un tornillo de este tipo no está adaptado para usarse para fijar componentes secundarios de madera a la espiga metálica en voladizo de una abrazadera que está fijada a un componente primario tal como se describió anteriormente y se muestra en la figura 1, debido a la presencia del roscado en más de la mitad de la longitud del tornillo, por dos motivos que se explican a continuación.
Un primer motivo es que la velocidad de perforación/penetración de la punta en el metal es mucho menor que la velocidad de inserción del roscado, y esto significa que, en el momento en el que la punta del tornillo, después de haber pasado a través de la primera sección del cabezal de la viga de madera, comienza a perforar la espiga metálica, el roscado tritura la madera alrededor del roscado y estropea el orificio en la madera aumentando excesivamente su diámetro efectivo.
Un segundo motivo es que en tales tornillos convencionales, el diámetro efectivo de la punta autorroscante es menor que el diámetro exterior de la porción roscada, de modo que el roscado puede hacer que el orificio se enrosque en la espiga metálica.
Sin embargo, esto implica una diferencia entre el diámetro efectivo del orificio en la espiga metálica y el diámetro interior del roscado del tornillo (diámetro efectivo) que supera la diferencia máxima permitida por los reglamentos técnicos para construcciones de madera, es decir 1 mm.
Además, tales tornillos convencionales se realizan normalmente o bien con una longitud reducida, o bien con un diámetro que es mucho menor que los mínimos especificados por los reglamentos para calcular y verificar estructuras de madera, por el motivo de que estos tornillos no tienen sistemas específicos para la descarga de las virutas creadas por la perforación de la madera y/o del metal.
Se dan a conocer ejemplos de tornillos autorroscantes que tienen una combinación de características tal como se definen en el preámbulo de la reivindicación 1 adjunta, en los documentos JP 2008 032133 A, US 4 645 396 A, JP 2000 035017 A y JP 8 061344 A.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un tornillo autorroscante para la conexión de al menos dos elementos, que pueda superar los inconvenientes mencionados anteriormente de la técnica conocida.
Dentro de este objetivo, un objeto de la invención es proporcionar un tornillo que pueda garantizar la sujeción de dos elementos gruesos entre sí, mientras que al mismo tiempo se ejecute una perforación correcta y efectiva de todas las capas en cuestión.
Otro objeto de la invención es proporcionar un tornillo autorroscante cuya punta sea más robusta y efectiva que las puntas de los pasadores convencionales.
Otro objeto de la invención es proporcionar un tornillo autorroscante que pueda mantenerse en posición incluso en caso de incendio en una estructura de madera en la que está montado.
Otro objeto de la invención es proporcionar un tornillo autorroscante que pueda acoplar de manera estable un cabezal de una viga de madera con una abrazadera metálica correspondiente también en la dirección del eje del tornillo.
Otro objeto de la invención es proporcionar un tornillo autorroscante que pueda acoplar entre sí dos partes de grosor considerable.
Otro objeto de la invención es proporcionar un tornillo autorroscante para la conexión de al menos dos elementos, que puede realizarse usando tecnologías y sistemas convencionales.
Según la invención, se proporciona un tornillo autorroscante tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Resultarán más evidentes ventajas y características adicionales de la invención a partir de la descripción de tres realizaciones preferidas, pero no exclusivas, del tornillo autorroscante según la invención, ilustradas a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de fijación entre una viga de madera y una abrazadera metálica según la técnica conocida;
la figura 2 es una vista lateral esquemática de un tornillo autorroscante según la invención en una primera aplicación del mismo;
la figura 3 es una vista lateral de un tornillo autorroscante según la invención en una primera realización del mismo;
la figura 4 es una vista lateral esquemática de un tornillo autorroscante según la invención en una segunda aplicación del mismo;
la figura 5 es una vista lateral esquemática de un tornillo autorroscante según la invención en una tercera aplicación del mismo;
la figura 6 es una vista de un tornillo autorroscante según la invención en una segunda realización del mismo;
la figura 7 es una vista de un tornillo autorroscante según la invención en una tercera realización del mismo.
Con referencia a las figuras, un tornillo autorroscante según la invención está designado generalmente con el número de referencia 10.
Un ejemplo de un tornillo 10 autorroscante de este tipo se muestra en la figura 2 usado para conectar un elemento 11 de madera y un elemento 12 metálico, por ejemplo acero, en el que se entiende que el elemento 11 de madera, junto con el elemento 11a opuesto idéntico, son partes de un cabezal de una viga T de madera, mientras que el elemento compuesto por el material 12 metálico es una espiga P metálica en voladizo de una abrazadera de soporte, que se inserta con juego en un asiento S formado en el cabezal T de madera.
El tornillo 10 autorroscante comprende un vástago 13 cilíndrico, desde el que sobresale de manera monolítica con el mismo lo siguiente: en un primer extremo, una punta para la perforación de elementos 11 de madera y 12 de metal, y en el segundo extremo opuesto, una cabeza 15 de limitación de carrera.
En la primera realización del tornillo 10 autorroscante según la invención, en la zona 16 intermedia del vástago 13 hay una porción 17 roscada para autoatornillarse en un orificio 18 correspondiente que está formado en el elemento 12 interior, es decir la capa metálica.
El vástago 13 se sitúa por tanto en tracción entre la cabeza 15 y la porción 17 roscada, y el elemento 11 de madera se presiona entre el cabezal y el elemento 12 interior metálico; de esta manera se obtiene una fijación estable entre el cabezal T de madera y la espiga P metálica, con anulación del juego entre los elementos 11 de madera y 12 de metal.
Esto significa que la viga T no se moverá en la dirección del eje del tornillo 10 autorroscante, en la que los movimientos y vibraciones serían posibles debido a la presencia de tolerancias de trabajo, por ejemplo en el asiento S para la espiga P, aunque tales movimientos y vibraciones son posibles con el uso de pasadores convencionales.
En tal realización descrita en el presente documento, la punta 14 está adaptada para perforar materiales metálicos, pero se entiende que también puede implementarse para la perforación de otros materiales según el uso deseado del tornillo autorroscante según la invención.
La punta 14 tiene un diámetro D1 exterior que es mayor que el diámetro D2 exterior del vástago 13.
Según los reglamentos vigentes, la diferencia entre el diámetro D1 exterior de la punta 14 y el diámetro D2 exterior del vástago 13 no es mayor de 1 milímetro.
La porción 17 roscada tiene un diámetro D3 exterior que es mayor que el diámetro D4 del orificio 18 creado por la punta 14, de modo que se garantiza el autoatornillado de la porción 17 roscada en el orificio 18.
En la primera realización del tornillo 10 autorroscante, hay una sola porción 17 roscada.
El tornillo 10 autorroscante también se muestra aplicado para otros usos, tal como en las figuras 4 y 5.
En la figura 4, se usa el tornillo 10 autorroscante para fijar un panel PR de revestimiento a una pared MU mediante la interposición de un perfil PM metálico, por ejemplo con el fin de formar un recubrimiento ventilado o una fachada ventilada.
La porción 17 roscada se muestra como que acopla directamente el perfil PM metálico a la pared MU, mientras que la cabeza 15 mantiene el panel PR de cubierta contra el perfil PM metálico.
En el ejemplo de aplicación en la figura 5, el panel PR1 de revestimiento es más grueso que el panel PR en la figura 4, y el perfil PM1 metálico también tiene una mayor sección transversal en la dirección del eje del tornillo 10 que el perfil PM metálico en la figura 4; en tal ejemplo, la porción 17 roscada actúa para acoplar el perfil PM1 metálico al panel PR1 de revestimiento.
En una segunda realización del mismo, mostrada en la figura 6, el tornillo 110 autorroscante tiene dos porciones 117, 117a roscadas que están separadas entre sí, cada una para un orificio 118 y 118a correspondiente de una capa 112 y 112a metálica interior correspondiente.
Tal realización se presta bien a soluciones de acoplamiento entre un cabezal de madera de una viga T y una abrazadera metálica que está dotada de dos espigas P y P1 metálicas en voladizo delgadas, que están adaptadas para insertarse en los asientos S y S1 correspondientes que están definidos en el cabezal de la viga T.
La cabeza 15 es avellanada.
Alternativamente, la cabeza 215 tiene un lado inferior plano de la cabeza 220, tal como en la tercera realización del tornillo autorroscante, mostrada en la figura 7 con el número de referencia 210.
En la práctica se ha encontrado que la invención logra completamente el objetivo y objetos pretendidos.
En particular, la cabeza 15 y la porción 17 roscada determinan una cierta cantidad de presión entre el primer elemento 11, compuesto por madera, y el segundo elemento 12, compuesto por material metálico.
Esto limita los posibles movimientos y/o vibraciones, por ejemplo, de una viga de madera con respecto a una abrazadera metálica, que están provocados por la presencia de tolerancias de trabajo de las partes que están designadas para acoplarse.
Un tornillo 10 autorroscante de este tipo según la invención, usado para fijar un cabezal de una viga de madera a una abrazadera de soporte metálica, actúa tanto en cizalladura como en tracción, proporcionando por tanto una resistencia y rigidez mucho mayores de la conexión que con el uso de pasadores convencionales.
Es más, tal como se mencionó anteriormente, el tornillo 10 autorroscante según la invención, también ha mostrado sorprendentemente ser una solución óptima para aplicaciones en las que la parte metálica tiene capas gruesas o está constituida por un perfil hueco, por ejemplo en la construcción de fachadas arquitectónicas con listones de madera expuestos.
De hecho, los sistemas de construcción más extendidos para fachadas de listones de madera se basan en la construcción de una subestructura de soporte metálica, con perfiles abiertos del tipo “Ω” o “U” o con perfiles de caja, tal como se muestra por ejemplo en las figuras 4 y 5, que se fijan a la pared exterior, y después los elementos de madera externos se fijan por medio de pernos, o de clavijas metálicas lisas o rugosas, que son pasantes o se sueldan a la subestructura de soporte metálica; en el último caso, naturalmente, la madera debe tener convenientemente orificios prefabricados con el fin de impedir grietas o fisuras.
Hoy en día, también se usan tornillos con puntas autorroscantes para metal, pero tales tornillos, incluso si son específicamente para la fijación de madera/metal, tienen diámetros y longitudes insuficientes si se usan secciones transversales de madera particularmente grandes o si existen grandes esfuerzos.
5 La limitación de longitud significa que tales tornillos se anclan solo a la parte del perfil metálico más próxima a la madera, una solución que puede no ser suficiente, y puede producirse un aflojamiento y una flexión de la fijación, tanto debido al peso de la madera como debido a los esfuerzos de larga duración.
10 La solución para impedir tales problemas es tener un tornillo con un vástago largo, de modo que el tornillo pueda anclarse no solo a la parte del perfil metálico adyacente a la madera, sino también a la parte del perfil metálico adyacente a la mampostería, o directamente a la mampostería.
Sin embargo, un tornillo de este tipo puede no tener un roscado por toda la longitud de su vástago, porque en el
15 momento en el que la punta autorroscante comienza a perforar la parte de perfil metálico adyacente a la mampostería, o la propia mampostería si están usándose perfiles abiertos, el roscado está en el interior de la parte de perfil adyacente a la madera, y la tensión creada conducirá o bien a la rotura del tornillo o bien a la destrucción del perfil metálico.
20 Sin embargo, ventajosamente el tornillo 10 autorroscante según la invención tiene la porción roscada central mencionada anteriormente que hace posible proporcionar la fijación determinada por la porción 17 roscada o bien entre la parte de perfil metálico adyacente a la madera y la propia madera, o bien en la parte de perfil metálico adyacente a la mampostería y la propia mampostería, de modo que ni el vástago del tornillo ni el perfil metálico están sometidos a tensiones indebidas, y al mismo tiempo con la punta del tornillo se crea un segundo punto de
25 soporte y unión que contribuye a limitar la flexión o la deformación progresiva de la fijación.
Por tanto, con la invención se ha concebido un tornillo que puede garantizar la sujeción de dos elementos gruesos entre sí, mientras que al mismo tiempo se ejecuta una perforación correcta y efectiva de todas las capas en cuestión.
30 Es más, con la invención se ha concebido un tornillo autorroscante cuya punta es más robusta y efectiva que las puntas de los pasadores convencionales, gracias al hecho de que es monolítica con el vástago y con la cabeza del tornillo.
35 Además, con la invención se ha concebido un tornillo autorroscante que puede mantenerse en posición incluso en caso de incendio en una estructura de madera en la que está montado, gracias a la porción roscada en la zona central que está adaptada para autoatornillarse en la espiga metálica en voladizo central, y no en el cabezal de madera de la viga en un acoplamiento entre una abrazadera de soporte metálica y un cabezal de viga en una construcción totalmente de madera o en construcciones mixtas de madera/hormigón o madera/metal.
40 Además con la invención se ha concebido un tornillo autorroscante que puede acoplar de manera estable un cabezal de una viga de madera con una abrazadera metálica correspondiente también en la dirección del eje del tornillo.
Adicionalmente, con la invención se ha concebido un tornillo autorroscante para la conexión de al menos dos capas 45 de materiales diferentes, que pueden realizarse usando tecnologías y sistemas convencionales.
Cuando las características técnicas mencionadas en cualquier reivindicación están seguidas por símbolos de referencia, se han insertado tales símbolos de referencia con el único fin de aumentar la comprensibilidad de las reivindicaciones y, por consiguiente, tales símbolos de referencia no tienen ningún efecto limitativo sobre la
50 interpretación de cada elemento identificado a modo de ejemplo mediante tales símbolos de referencia.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Tornillo (10) autorroscante para la conexión de al menos dos elementos (11, 12), que comprende un vástago (13) cilíndrico desde el que sobresale de manera monolítica con el mismo lo siguiente: en un primer
    5 extremo, una punta (14) con un diámetro D1 para perforar todos los elementos (11, 12) destinados a verse afectados por dicho tornillo (10) autorroscante, y en el segundo extremo opuesto, una cabeza (15) de limitación de carrera, en la zona (16) intermedia de dicho vástago (13) al menos una porción (17) roscada que está prevista para autoatornillarse en un orificio (18) correspondiente que está formado en un elemento
    (12) interior de dichos al menos dos elementos (11, 12), caracterizado porque dicho vástago (13) está
    10 dispuesto en tracción entre dicha cabeza (15) y dicha porción (17) roscada, dicha punta (14) tiene un diámetro (D1) exterior que es mayor que el diámetro (D2) exterior de dicho vástago (13), y dicha al menos una porción (17) roscada tiene un diámetro (D3) exterior que es mayor que el diámetro (D4) del orificio (18) creado por la punta (14).
    15 2. Tornillo autorroscante según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha punta (14) está adaptada para perforar materiales metálicos u otros materiales de construcción.
  2. 3. Tornillo autorroscante según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la diferencia entre dicho
    diámetro (D1) exterior de dicha punta (14) y dicho diámetro (D2) exterior de dicha varilla (13) no es mayor 20 de 1 milímetro.
  3. 4. Tornillo autorroscante según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tiene una sola porción
    (17) roscada.
    25 5. Tornillo autorroscante según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque tiene dos porciones (117, 117a) roscadas que están separadas entre sí, cada una para un orificio (118,118a) correspondiente de una capa metálica correspondiente.
  4. 6. Tornillo autorroscante según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha cabeza (15) es 30 avellanada.
  5. 7. Tornillo autorroscante según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha cabeza (215) tiene un lado inferior plano de la cabeza (220).
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