ES2634422T3 - Collar híbrido para sistemas de sujeción - Google Patents

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ES2634422T3 ES12713497.1T ES12713497T ES2634422T3 ES 2634422 T3 ES2634422 T3 ES 2634422T3 ES 12713497 T ES12713497 T ES 12713497T ES 2634422 T3 ES2634422 T3 ES 2634422T3
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Abstract

Un collar (10) que comprende un cuerpo (12) de collar que tiene un primer extremo, un segundo extremo opuesto al primer extremo, y un reborde (32) ubicado en el segundo extremo y que tiene una superficie (26) de apoyo, comprendiendo el collar (10) además un elemento (14) de base unido al cuerpo (12) del collar, incluyendo el elemento (14) de base una porción (28) de base que cubre la superficie (26) de apoyo del cuerpo (12) del collar, y una porción (30) de sujeción que está unida al reborde (32) del cuerpo (12) del collar, caracterizado porque el cuerpo (12) del collar está hecho de un primer material y el elemento (14) de base está hecho de un segundo material que es galvánicamente compatible con el primer material; o porque el cuerpo (12) del collar está hecho de un primer material y el reborde (32) está hecho de un segundo material que es galvánicamente compatible con el primer material.

Description

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DESCRIPCION
Collar fnbrido para sistemas de sujecion Campo tecnico de la invencion
La presente invencion se refiere a un collar para un sistema de sujecion y, mas particularmente, un collar hforido para proteccion contra corrosion galvanica entre el collar y la estructura.
Tecnica anterior
El uso de materiales compuestos, tales como plasticos reforzados con fibra de carbono (CFRP), se esta volviendo mas comun en la industria aeroespacial a medida que se incrementan los avances en las tecnologfas de materiales compuestos. Una porcion significativa de una estructura de material compuesto se fabrica en una forma aproximada de red, pero es perforada con el fin de facilitar la union de los componentes al utilizar sujetadores mecanicos. Uno de los criterios mas esenciales para seleccionar los sujetadores para estructuras de aeronaves es la compatibilidad en cuanto a corrosion galvanica entre los sujetadores y los componentes unidos.
El documento US 2004/0234358 A1 se refiere a un montaje de sujetador que comprende una tuerca de metal que tiene un reborde integral y una arandela de copa metalica montada en rotacion sobre el reborde, con una superficie exterior de disco del reborde adyacente a una superficie interior de disco de la arandela, y con porciones de una pared lateral de la arandela que se sobreponen al reborde para mantener la arandela cautiva sobre el reborde. Una superficie exterior de disco de la arandela, que se acopla a una superficie de una pieza de trabajo, tiene una pluralidad de ranuras que se extienden transversalmente a la circunferencia de la superficie exterior de disco. El montaje de sujetador completo esta recubierto, como una unidad, con un lubricante anticorrosivo.
El documento GB 1 331 460 se refiere a unidades de sujetador preensambladas para uniones ajustadas de buenos resultados.
El documento US 4,348,140 A se refiere a un dispositivo de conexion para unir componentes metalicos de lamina. El dispositivo de conexion tiene una capa de material sintetico al menos en el area de las superficies de contacto con los componentes vecinos, evitando asf efectivamente corrosion por contacto.
Descripcion de la invencion
La invencion se refiere a un collar para un sistema de sujecion segun las caractensticas de la reivindicacion 1. En una realizacion, el primer material se selecciona del grupo que consiste en aluminio y aleaciones de aluminio. En una realizacion, el segundo material se selecciona del grupo que consiste en acero, aleaciones de acero, titanio y aleaciones de titanio.
En una realizacion, la porcion de sujecion del elemento de base esta plegada sobre el reborde del cuerpo del collar. En una realizacion, el cuerpo del collar incluye una abertura que se extiende desde el primer extremo al segundo del mismo y que forma una pared interior, y en donde el elemento base incluye una porcion sellante que se extiende hacia la abertura del cuerpo del collar y cubre una porcion de la pared interior. En una realizacion, el elemento de base incluye un elemento base giratorio que esta adaptado para rotar con relacion al cuerpo del collar. En una realizacion, el collar esta adaptado para ser instalado sobre una estructura hecha de un material compuesto.
En una realizacion, el collar tiene un revestimiento que incluye un material organico y un relleno no conductor. En una realizacion, el material organico es un material polfmero, y el relleno no conductor se selecciona del grupo que consiste de pintura pigmentada de aluminio, pintura cromada, y revestimientos de sol-gel. En una realizacion, el revestimiento se aplica a cada porcion del cuerpo del collar. En una realizacion, el revestimiento se aplica al cuerpo del collar selectivamente.
En una realizacion, el collar es un collar roscado. En una realizacion, el collar es un collar forjado.
En una realizacion, el cuerpo del collar tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto al primer extremo, estando hecho el cuerpo del collar de un primer material; y un reborde ubicado en el segundo extremo del cuerpo del collar, estando hecho el reborde de un segundo material que es galvanicamente compatible con el primer material. En una realizacion, el cuerpo del collar y el reborde estan formados integralmente el uno con el otro. En una realizacion, el primer material se selecciona del grupo que consiste en aluminio y aleaciones de aluminio. En una realizacion, el segundo material se selecciona del grupo que consiste en acero, aleaciones de acero, titanio, y aleaciones de titanio.
Breve descripcion de los dibujos
Para un entendimiento mas completo de la presente invencion, se hace referencia a la siguiente descripcion detallada de las realizaciones de ejemplo consideradas en conjunto con los dibujos que la acompanan, en los cuales:
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La FIG. 1 es una vista en seccion transversal de una realizacion de un sistema sujetador de perno de retencion;
La FIG. 2A es una vista en perspectiva parcialmente en seccion de una realizacion de un collar Idbrido adaptado para uso en el sistema de sujetador mostrado en la FIG. 1, incluyendo el collar un elemento de base plano;
La FIG. 2B es una vista en perspectiva parcialmente en seccion de otra realizacion de un collar Idbrido que incluye un elemento de base con pestana.
La FIG. 2C es una vista en perspectiva parcialmente en seccion de otra realizacion de un collar Idbrido que incluye un elemento de base giratorio;
La FIG. 2D es una vista en perspectiva parcialmente en seccion de otra realizacion de un collar Idbrido que incluye un reborde integralmente formado;
La FIG. 3 es una grafica que muestra una comparacion de la resistencia a la traccion espedfica (UTS/densidad) de diversos materiales de collar;
La FIG. 4 es una vista en perspectiva de una realizacion de una pluralidad de collares Idbridos instalados sobre una estructura de plastico reforzada con fibra de carbono (CFRP);
La FIG. 5 es una micrograffa que muestra una microestructura de gradiente funcional del collar Idbrido logrado por trabajo en fno in situ durante la instalacion del sujetador;
La FIG. 6 es una grafica que ilustra la resistencia a la traccion de un collar Idbrido de aluminio en comparacion con un collar de titanio que muestra resistencia final equivalente; y
La FIG. 7 son vistas en perspectiva de una realizacion de collares Idbridos probados con placa de material
compuesto despues de un ensayo de corrosion con aspersion salina.
Mejor modo de llevar a cabo la invencion
En una realizacion, un collar 10 Idbrido esta adaptado para evitar la corrosion galvanica y reducir el peso en
comparacion con el collar de perno de sujecion convencional de titanio. El collar 10 combina un cuerpo 12 de collar
con un elemento de base 14 galvanicamente compatible. En una realizacion, el collar 10 es un collar de perno de sujecion con una caractenstica de forjado controlada y utilizado en un montaje 16 de sujetador que tiene un vastago 18 roscado como se ilustra en la FIG. 1, para sujetar una pluralidad de piezas de trabajo 20, 22. En una realizacion, el montaje 16 sujetador incluye un manguito 24 insertado en huecos alineados de las piezas de trabajo 20, 22 y tiene un tamano y una forma para recibir el vastago 18. En una realizacion, el collar 10 se utiliza en relacion con aplicaciones aeroespaciales, tales como aeronaves. En otras realizaciones, el collar 10 se puede utilizar en otras aplicaciones y campos.
En referencia a las FIGS. 2A a 2C, el collar 10 incluye el cuerpo 12 de collar, que es relativamente blando y deformable, y un elemento 14 de base galvanicamente compatible. En una realizacion, el elemento 14 de base es una arandela que es adecuada para estructuras compuestas, como se muestra en las FIGS. 2A a 2C. En otra realizacion, el collar 10 incluye solo el cuerpo 12 de collar blando, deformable, como se muestra en la FIG. 2D, que es adecuado para estructuras metalicas.
En un numero de realizaciones, los materiales para el cuerpo 12 del collar, blando, deformable, pueden incluir, pero no estan limitados a, aluminio y sus aleaciones, tales como 2099, 7075, 2024 y 6061. La FIG. 3 es una grafica que muestra una comparacion de la resistencia espedfica a la traccion (UTC/densidad) de diversos materiales de collar. En particular, en una realizacion, la grafica muestra que la resistencia a la traccion espedfica del aluminio 2099 se compara de manera favorable con otros materiales utilizados para hacer collares.
La FIG. 4 ilustra una realizacion de una pluralidad de collares 10 instalados sobre una pieza de trabajo de plastico reforzado con fibra de carbono (CFRP).
En una realizacion, el collar 10 puede tener una estructura de nano-grano lograda al trabajar en frio el collar 10 mediante un proceso de formacion in situ durante la instalacion del sujetador y que crea un material con gradiente funcional (FGM), como se muestra en la FIG. 5. En una realizacion, este gradiente de microestructura da como resultado un gradiente en propiedades a traves de la seccion transversal del collar 10 y proporciona las propiedades funcionales necesarias, a saber, alta resistencia a la traccion y al cizallamiento aproximadamente iguales a las de los collares de titanio y mayor resistencia a la corrosion. En una realizacion, el grado de trabajo en frio del collar 10 tambien es controlado variando un diametro exterior del collar 10 para proporcionar una cantidad espedfica de estructura deformada. En una realizacion, la dimension especificada del diametro exterior del collar para el tamano del collar 10 mantiene la deformacion cntica necesaria para un comportamiento mejorado, pero la mantiene por debajo de niveles que puedan conducir a una fractura no pretendida del collar 10 durante la instalacion. En otras realizaciones, el FGM en otros tipos de sujetadores tales como collares frangibles, se puede crear mediante otros medios de trabajo en fno, tales como operaciones de roscado o laminacion de rosca.
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En otras realizaciones, el collar 10 incluye un revestimiento que comprende una combinacion de materiales organicos y rellenos no conductores. En una realizacion, el material organico del revestimiento puede incluir la familia de polfmeros, tales como epoxi, y los rellenos no conductores pueden incluir pinturas pigmentadas con aluminio o cromadas y la familia de revestimientos de sol-gel. En una realizacion, el revestimiento se puede aplicar a cada porcion del collar 10, espedficamente al cuerpo 12 del collar. En otras realizaciones, el revestimiento se puede aplicar sobre el cuerpo 12 del collar selectivamente, dependiendo de la funcion de union deseada. En otra realizacion, la superficie exterior del cuerpo 12 de collar puede incluir un revestimiento que comprenda un primer material, y la superficie interior del cuerpo 12 del collar puede incluir un revestimiento que comprenda un segundo material diferente del primer material.
En una realizacion, el collar 10 esta electricamente aislado de estructuras mas nobles, tales como materiales compuestos, mediante el uso de un elemento 14 de base de estrecho ajuste, tal como una arandela cautiva insertada debajo de, y que cubre, una superficie 26 de apoyo del cuerpo 12 del collar. En una realizacion, el elemento 14 de base se puede seleccionar de un grupo de materiales metalicos que son conocidos por ser galvanicamente compatibles con una estructura compuesta. En una realizacion, estos materiales incluyen acero, titanio, y sus aleaciones. En otras realizaciones, se pueden utilizar otras aleaciones y materiales no metalicos.
En una realizacion, el elemento 14 de base no solo proporciona proteccion frente a la corrosion galvanica entre el collar 10 y la estructura de CFRP, sino que juega un papel importante como uno de los elementos estructurales cnticos del sistema 16 de sujetador. En una realizacion, como se muestra en la FIG. 2A, el elemento 14 de base incluye una base 28 plana que cubre la superficie 26 de apoyo del cuerpo 12 del collar y una porcion 30 de sujecion que esta doblada y asegurada a un reborde 32 del cuerpo 12 del collar. En una realizacion, la porcion 30 de sujecion forma un angulo oblicuo con relacion a la base 28. En otra realizacion, como se muestra en la FIG. 2B, el elemento 14 de base incluye una base 34 con pestana, similar en estructura al elemento 14 de base mostrado en la FIG. 2A, pero incluye una porcion sellante 36 que se extiende hacia la abertura 38 del cuerpo 12 del collar y cubre parcialmente una pared interior 40 de la misma. En una realizacion, la porcion 36 sellante actua como una junta para evitar que la humedad y otros elementos externos se infiltren en la abertura 38 del cuerpo 12 del collar. En otra realizacion, como se muestra en la FIG. 2C, el elemento 14 de base incluye un elemento 42 de base giratorio, por medio del cual se forma un espacio de separacion 44 u holgura entre el reborde 32 del cuerpo 12 del collar y la porcion 30 de sujecion, permitiendo de esta manera que el elemento 42 de base giratorio rote con relacion al cuerpo 12 del collar, y viceversa. En una realizacion, los elementos 14 de base anteriormente descritos son ngidos, y, por lo tanto, pueden absorber cualquier posible desalineamiento del orificio durante la instalacion del sujetador, creando de esta manera un sujetador de auto-alineamiento. En una realizacion, en casos en los que el o los orificios de las piezas de trabajo 20, 22 estan sobre-dimensionados o desalineados, el elemento 14 de base llena cualquier espacio entre los orificios y el pasador 18 y ayuda a alinear el pasador 18.
En una realizacion, el elemento 14 de base mitiga la deformacion del apoyo compuesto cuando el collar 10 se utiliza en una estructura compuesta. En una realizacion, el elemento 14 de base permite que cuerpo 12 del collar se forme durante la instalacion sin contacto directo con la estructura. Como resultado, esto evita que la deformacion (es decir, la friccion superficial) del collar 10 se traslade a la estructura.
En una realizacion, el collar 10 es galvanicamente compatible tanto para las aplicaciones de estructura metalica como de material compuesto, es mas ligero en peso, y es menos costoso en comparacion con los sujetadores de titanio, y tiene resistencia comparable a los sujetadores de titanio, como se muestra en la grafica de la FIG. 6. En una realizacion, el collar 10 es alrededor de 30% a 50% mas ligero que los collares de titanio comparables, debido a la menor densidad de los materiales utilizados para el cuerpo 12 del collar. En otra realizacion, el collar 10 es aproximadamente 40% mas ligero que los collares de titanio comparables.
La FIG. 7 ilustra una realizacion de una pluralidad de collares 10 probados con una placa de material compuesto despues del ensayo de corrosion por aspersion salina. En una realizacion, los collares 10 no muestran evidencia de ninguna corrosion galvanica despues de 250 horas de exposicion a la aspersion salina.
Se entendera que las realizaciones descritas aqrn son simplemente ejemplos y que la persona experta en la tecnica puede realizar muchas variaciones y modificaciones. Por ejemplo, en una realizacion, el collar 10 puede ser un miembro roscado. En una realizacion, el collar 10 puede ser un collar ligeramente roscado que tenga roscas internas para alinearlo sobre la porcion roscada del pasador 18, y posteriormente, el collar 10 puede ser recalcado sobre el pasador 18. En otras realizaciones, el collar 10 puede incluir una rosca simple para los propositos de alineamiento anteriormente mencionados, como se describio en la patente U.S. No. 4.867.625, de Dixon.
En otra realizacion, el cuerpo 12 de collar del collar 10 puede ser un elemento de dos piezas, de tal manera que el miembro tubular, alargado, del cuerpo 12 del collar se hace de un material deformable blando, tal como aluminio y sus aleaciones como se describio anteriormente, y el reborde se hace de material galvanicamente compatible, tal como titanio, acero y sus aleaciones como se describio anteriormente, y en el cual el miembro tubular y el reborde se unen el uno al otro. En una o mas realizaciones, el miembro tubular y el reborde se unen el uno al otro mediante soldadura por friccion, adhesivos, u otros medios de union adecuados conocidos en la tecnica.

Claims (14)

  1. 5
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    REIVINDICACIONES
    1. Un collar (10) que comprende un cuerpo (12) de collar que tiene un primer extremo, un segundo extremo opuesto al primer extremo, y un reborde (32) ubicado en el segundo extremo y que tiene una superficie (26) de apoyo, comprendiendo el collar (10) ademas un elemento (14) de base unido al cuerpo (12) del collar, incluyendo el elemento (14) de base una porcion (28) de base que cubre la superficie (26) de apoyo del cuerpo (12) del collar, y una porcion (30) de sujecion que esta unida al reborde (32) del cuerpo (12) del collar, caracterizado porque el cuerpo (12) del collar esta hecho de un primer material y el elemento (14) de base esta hecho de un segundo material que es galvanicamente compatible con el primer material; o
    porque el cuerpo (12) del collar esta hecho de un primer material y el reborde (32) esta hecho de un segundo material que es galvanicamente compatible con el primer material.
  2. 2. El collar (10) de la reivindicacion 1, en el que el primer material se selecciona del grupo que consiste en aluminio y aleaciones de aluminio.
  3. 3. El collar (10) de la reivindicacion 1 o 2, en el que el segundo material se selecciona del grupo que consiste en acero, aleaciones de acero, titanio, y aleaciones de titanio.
  4. 4. El collar (10) de una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la porcion (30) de sujecion del elemento (14) de base esta plegada sobre el reborde (32) del cuerpo (12) del collar.
  5. 5. El collar (10) de una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cuerpo (12) del collar incluye una abertura (38) que se extiende desde el primer extremo al segundo extremo del mismo y que forma una pared (40) interior, y en el que el elemento (14) de base incluye una porcion sellante (36) que se extiende hacia la abertura (38) del cuerpo (12) del collar y cubre una porcion de la pared interior (40).
  6. 6. El collar (10) de una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el elemento (14) de base incluye un elemento (42) de base giratorio que esta adaptado para rotar en relacion al cuerpo (12) del collar.
  7. 7. El collar (10) de una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el collar (10) esta adaptado para ser instalado sobre una estructura hecha de un material compuesto.
  8. 8. El collar (10) de una de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende ademas un revestimiento que incluye un material organico y un relleno no conductor.
  9. 9. El collar (10) de la reivindicacion 8, en el que el material organico es un material polfmero, y el relleno no conductor se selecciona del grupo que consiste pintura pigmentada de aluminio, pintura cromada, y revestimientos de sol-gel.
  10. 10. El collar (10) de la reivindicacion 8 o 9, en el que el revestimiento es aplicado a cada porcion del cuerpo (12) del collar.
  11. 11. El collar (10) de la reivindicacion 8 o 9, en el que el revestimiento es aplicado al cuerpo (12) del collar selectivamente.
  12. 12. El collar (10) de una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el collar (10) es un collar roscado.
  13. 13. El collar (10) de una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el collar (10) es un collar forjado.
  14. 14. El collar (10) de una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el cuerpo (12) del collar y el reborde (32) estan
    formados integralmente el uno con el otro.
ES12713497.1T 2011-03-24 2012-03-22 Collar híbrido para sistemas de sujeción Active ES2634422T3 (es)

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