ES2927701T3 - Tornillo autorroscante - Google Patents

Abstract

Un tornillo autorroscante, en particular para chapa fina perforada, comprende un eje roscado (5) cilíndrico en una primera parte debajo de la cabeza del tornillo (1), seguido de una parte cónica (8). Dentro de la porción cónica (8), el eje del tornillo (5) incluye una nervadura (10) que forma una rosca incompleta que corre en sentido contrario. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Tomillo autorroscante

[0001] La invención se basa en un tomillo autorroscante para atornillarse en materiales dúctiles, concretamente chapa.

[0002] En muchos casos, los tornillos se utilizan en lugares de montaje en los que no existe el agujero para colocar el tornillo. Para facilitar la realización del agujero por separado, se han desarrollado tornillos que, en su extremo frontal, tienen una broca para que el agujero se pueda hacer con el propio tornillo. A continuación, el tornillo también corta la rosca en el agujero que hizo él mismo. Dichos tornillos son útiles cuando las virutas resultantes del corte se pueden quitar o no interfieren.

[0003] Para facilitar la realización del agujero y la formación de la rosca, incluso cuando las virutas del corte son un problema, existen tornillos que forman el agujero en el que se atornillan. Esta posibilidad es de particular interés en el caso de chapas, en particular chapas finas. El agujero se realiza por el calor de fricción generado por la rotación del tornillo, que ablanda la chapa. En este caso, se produce simultáneamente un paso.

[0004] En un tornillo conocido de este tipo, se prevé que el extremo frontal del vástago de tornillo, que se aleja de la cabeza de tornillo, sea liso, es decir, que esté diseñado sin rosca y tenga una punta redondeada. La longitud de la sección del vástago sin rosca es mayor que la parte prevista de una rosca del vástago. En la sección lisa, el vástago puede tener una sección transversal cuadrada redondeada (DE 3909725 C1).

[0005] En el caso de otro tornillo autorroscante y perforador también se proporciona una sección frontal lisa que aumenta de diámetro desde el extremo frontal y termina en una superficie frontal plana. La sección lisa puede tener nervios redondeados que discurren en forma de rosca (DE 102006034583 A1).

[0006] En un tornillo similar, una punta cónica adicional está fijada en el extremo frontal romo de la sección lisa sin rosca (DE 102006034585 A1).

[0007] En el caso de otro tornillo autorroscante más, también se prevé una sección de forma frontal sin rosca, cuya sección transversal disminuye en la dirección de la punta del tornillo redondeada. La sección transversal de la sección de forma sin rosca es en este caso trilobulada (DE 102008033509 A1, DE 102010000702 A1).

[0008] También se conoce una unión roscada con un tornillo, que tiene una punta sin rosca con la forma básica de un cono abombado, que está aplanado en cuatros lados, de tal manera que las áreas aplanadas forman bordes entre ellas (DE 29801813 U1).

[0009] Lo que tienen en común todas estas soluciones conocidas es que penetran en la chapa que se ha hecho plástica mediante el calor de fricción y, cuando se ensancha el agujero producido, proporcionan una sección de ensanchamiento más larga sin rosca y, por lo tanto, suave. Otras medidas consisten en la disposición de nervios o bordes que discurren en dirección axial, que son más o menos pronunciados, y en una variación del perfil longitudinal, que puede curvarse hacia adentro o hacia afuera.

[0010] Sin embargo, también existen aplicaciones en las que ya existe un agujero en un elemento de chapa, en el que debe atornillarse un tornillo, que forma su propia rosca. Sin embargo, especialmente con chapas muy finas, existe el problema de que la chapa es demasiado fina para lograr una fuerza de sujeción suficiente o una gran resistencia a la torsión de un tornillo. Cuando se atornilla un tornillo con un destornillador, el par de torsión aumenta bruscamente justo antes de que la cabeza de tornillo toque el tope, por lo que el tornillo debe tener una gran resistencia a la torsión.

[0011] También se conoce un tornillo de chapa autorroscante, en el que la rosca de tornillo no alcanza completamente el extremo frontal y en el que el extremo frontal está diseñado de manera redondeada (US 2003/0210970 A1).

[0012] También se conoce un tornillo autorroscante para chapa, que tiene un extremo de tornillo plano opuesto a la cabeza, desde el cual se extiende una sección de forma con una altura de flanco de rosca creciente. Siguiendo la sección de forma en la dirección de la cabeza de tornillo, la rosca tiene entonces un diámetro externo constante. El vástago del tornillo tiene una sección transversal no circular. Una tal sección transversal está formada por bordes curvados convexos, que están conectados entre sí mediante pasos también redondeados y con un radio más pequeño (DE 1400229).

[0013] Un tornillo que también es adecuado para su uso como tornillo de chapa también se conoce de la EP 1 925828 A2.

[0014] La invención se basa en la tarea de crear un tomillo autorroscante, que tenga suficiente fuerza de sujeción y gran resistencia a la torsión incluso en chapa fina.

[0015] Para solucionar este problema, la invención propone un tornillo con las características mencionadas en la reivindicación 1. Los desarrollos adicionales de la invención son objeto de las reivindicaciones secundarias.

[0016] Mientras que los tornillos conocidos, que se usan principalmente en una chapa no perforada, utilizan una sección lisa sin rosca para ensanchar el agujero, el tornillo propuesto por la invención, que está destinado principalmente a una chapa perforada, tiene una rosca diseñada para ser continua hasta el extremo de tornillo frontal, posiblemente redondeado. El vástago del tornillo tiene una sección de forma frontal, en la que la sección transversal del vástago disminuye de forma continua, en particular en la dirección del extremo de tornillo frontal. Esta sección de forma frontal sirve, junto con la rosca formada también presente aquí, para formar el borde del agujero existente. Evidentemente, esto incluye, en primer lugar, la formación de la contrarrosca en el borde del agujero. Una sección de tornillo, en la que el vástago está diseñado de manera cilíndrica, es decir, tiene una sección transversal constante, se conecta entonces a la sección de forma frontal en la dirección desde el extremo de tornillo frontal hacia la cabeza de tornillo. En la sección de forma está formada al menos una nervadura, que corta la rosca de tornillo. Esta nervadura forma una especie de contrarrosca para la rosca de tornillo, donde esta contrarrosca está diseñada de forma parcial e incompleta. Se ha demostrado sorprendentemente que esta medida hace que el material de chapa se desplace paralelamente a la dirección de avance del tornillo y, por lo tanto, forma un cuello de atornillado o un paso. Este cuello de atornillado aumenta la fuerza de sujeción de la conexión según su longitud, ya que hay más espacio para la contrarrosca y, por lo tanto, para que la rosca de tornillo se enganche en la contrarrosca. Dependiendo de una orientación de la al menos una nervadura con respecto a la rosca de tornillo, el material se desplaza solo en la dirección de avance o también contra la dirección de avance. El tornillo según la invención está provisto para atornillarse en materiales dúctiles, a saber, chapa, es decir, materiales que se deforman plásticamente antes de deformarse, por ejemplo, romperse.

[0017] En un desarrollo adicional de la invención, la nervadura discurre oblicuamente al eje longitudinal.

[0018] De esta manera, se puede promover un desplazamiento del material paralelo a la dirección de avance del tornillo.

[0019] En un desarrollo adicional de la invención, la nervadura discurre en orientación opuesta a esta orientación de la rosca de tornillo.

[0020] De este modo, se puede lograr que se produzca un desplazamiento del material principalmente en la dirección de avance. Cuando se atornilla el tornillo, la superficie opuesta a la cabeza de tornillo permanece aproximadamente plana y el cuello de atornillado o el paso resultante se extiende principalmente en la dirección de avance. Al principio del proceso de atornillado, siempre hay un mínimo desplazamiento de material contra el dispositivo de avance. Por lo tanto, la superficie opuesta a la cabeza de tornillo no permanece absolutamente plana, sino que se forma una elevación mínima en forma de anillo contra el dispositivo de avance.

[0021] En un desarrollo adicional de la invención, el ángulo (^y) entre la nervadura y la rosca de tornillo es superior a 0° e inferior a 180°. Hasta que la al menos una nervadura corta la rosca de tornillo, se forma un cuello de atornillado o un paso.

[0022] Un ángulo de 55° entre el eje del tornillo y la nervadura ha demostrado ser especialmente ventajoso cuando la rosca de tornillo y la nervadura están orientadas en direcciones opuestas. Los efectos particularmente ventajosos de la nervadura se presentan en un ángulo entre 40 y 70° con respecto al eje del tornillo en una orientación opuesta de la nervadura y de la rosca de tornillo.

[0023] Según la invención, está previsto que la nervadura que forma la rosca opuesta incompleta discurra de manera más inclinada que la rosca, por ejemplo en un ángulo de aproximadamente 30 a 60 grados con respecto al eje longitudinal del tornillo.

[0024] Se mencionó que la rosca de tornillo alcanza el extremo de tornillo frontal o empieza directamente en el extremo de tornillo frontal. Según otra característica de la invención, puede estar previsto que la nervadura comience a una distancia axial del extremo frontal o del inicio de la rosca de tornillo. Por lo tanto, en el extremo frontal del tornillo está formada primero una sección de la rosca de tornillo, en la que no hay ningún nervio.

[0025] En un desarrollo adicional de la invención, puede estar previsto que la nervadura que forma la contrarrosca incompleta termine antes de la transición de la sección de forma en la sección cilíndrica del vástago, es decir, también allí está a una distancia. El desplazamiento mencionado del material de chapa para formar el cuello de atornillado ya no es necesario ni útil cuando el agujero casi ha alcanzado su tamaño definitivo. Por lo tanto, es útil dejar que la nervadura termine a cierta distancia antes del comienzo de la sección cilíndrica del vástago.

[0026] Por ejemplo, en otro desarrollo adicional puede estar previsto que la nervadura se extienda a lo largo de dos a cuatros vueltas de rosca de la rosca de tomillo.

[0027] Se mencionó que la nervadura es una especie de contrarrosca diseñada de manera incompleta. Según otra característica, puede estar previsto que la altura de la nervadura sea también menor que la altura de rosca de la rosca, de modo que la rosca muestre un borde de rosca claramente pronunciado y continuo. Por ejemplo, la altura de la nervadura es aproximadamente la mitad de la altura de rosca de la rosca de tornillo.

[0028] El tornillo puede tener una sección transversal circular continua. Sin embargo, también es posible y está dentro del alcance de la invención que tenga una sección transversal trilobulada, donde la desviación de la forma circular puede variar a lo largo de la longitud del vástago de tornillo. Una forma de tornillo trilobulada se conoce por la DE 102010000702 inicialmente mencionada.

[0029] Si la nervadura, como está previsto aquí como posibilidad, solo se extiende a lo largo de una longitud corta del vástago de tornillo, se puede prever según otra característica de la invención que se proporcionen varios nervios de este tipo, que, por ejemplo, pueden tener el mismo diseño y distribuirse uniformemente a lo largo de la circunferencia.

[0030] Es un desarrollo adicional de la invención, el extremo de tornillo frontal está redondeado, en particular redondeado en forma semiesférica.

[0031] Según la invención, la rosca de tornillo está diseñada como rosca de chapa.

[0032] Otras características, otros detalles y otras ventajas de la invención surgen de las reivindicaciones, de la siguiente descripción de una forma de realización preferida de la invención y del dibujo. Las características individuales de las diferentes formas de realización se pueden combinar de cualquier forma sin apartarse del alcance de la invención definido por las reivindicaciones. En el dibujo se muestran:

Figura 1 una vista lateral parcialmente seccionada de un tornillo según la invención.

Figura 2 una representación esquemática de un tornillo autorroscante según el estado de la técnica junto con la vista en sección de un componente preperforado antes y después de atornillar el tornillo autorroscante,

Figura 3 una representación esquemática del tornillo autorroscante según la invención de la figura 1 junto con la vista en sección de un componente preperforado antes y después de atornillar el tornillo autorroscante y

Figura 4 una representación esquemática de un tornillo autorroscante según la invención según otra forma de realización junto con la vista en sección de un componente preperforado antes y después de atornillar el tornillo autorroscante.

[0033] El tornillo representado en la figura 1 contiene una cabeza de tornillo 1 con un lado inferior plano 2. En el lado frontal 3 opuesto al lado inferior plano 2 está formada una configuración de accionamiento de tornillo 4 en forma de cavidad, que es una de las formaciones habituales que permiten una transmisión del par de torsión. Desde el lado inferior de la cabeza de tornillo 1 se extiende el vástago de tornillo 5 hasta un extremo frontal 6, que está redondeado en forma aproximadamente semiesférica.

[0034] El vástago de tornillo 5 se puede dividir aproximadamente en dos secciones, a saber, una primera sección cilíndrica 7, que comienza desde el lado inferior 2 de la cabeza de tornillo 1 y una sección contigua 8 en la que el vástago 5 tiene una sección transversal y un diámetro continuamente decrecientes. En la forma de realización representada y descrita, esta sección 8 también puede describirse como troncocónica.

[0035] A lo largo de toda la longitud del vástago 5 se extiende una rosca de tornillo 9, que está diseñada de manera continua hasta el extremo de tornillo frontal 6. El principio de la rosca de tornillo 9 en el extremo de tornillo 6 se encuentra en el lado del vástago 5 opuesto al observador en la representación de la figura 1 y no se puede ver.

[0036] En la forma de realización representada está formada una nervadura 10 dentro de la sección de forma cónica 8 y se extiende aproximadamente a lo largo de tres vueltas de la rosca de tornillo 9. La nervadura 10 discurre en una orientación opuesta a la orientación de la rosca de tornillo 9. En el ejemplo de realización representado, la rosca 9 es una rosca a derecha, mientras que la nervadura 10 está dispuesto a modo de rosca a izquierda diseñada de manera incompleta.

[0037] La pendiente de la rosca formada por la nervadura 10 es significativamente mayor que la pendiente de la rosca de tornillo 9. El ángulo a entre la dirección longitudinal de la nervadura 10 y el eje longitudinal del tornillo es de aproximadamente 55 grados en el ejemplo representado. El ángulo y entre la dirección longitudinal de la nervadura 10 y la rosca de tornillo 9 es de aproximadamente 40 grados. El ángulo p entre el eje longitudinal del tornillo y la rosca de tornillo 9 es de aproximadamente 95 grados. El ángulo ^y surge de la diferencia entre p y a.

[0038] Partiendo del extremo de tomillo frontal 6 y del principio de la rosca de tomillo 9, la nervadura solo comienza a una distancia A de este extremo de tornillo frontal 6 y termina antes de la transición de la sección de forma 8 a la sección cilíndrica 7 del vastago de tornillo 5. La longitud axial B de la zona en la que está presente la nervadura 10 es menor que la sección frontal sin nervios.

[0039] Como también puede verse en el dibujo, la altura de la nervadura 10, es decir, la distancia radial de su borde exterior desde la base de rosca de la rosca de tornillo 9, es menor que la altura de rosca de la rosca de tornillo. De este modo, el borde de rosca de la rosca 9 también permanece ininterrumpido en la zona B.

[0040] La figura 1 muestra el tornillo desde un lado. Una misma nervadura 10 puede estar presente en el lado opuesto del tornillo, que no se puede ver en la figura.

[0041] La representación de la figura 2 muestra un tornillo autorroscante 20 según el estado de la técnica. Se puede ver inmediatamente que la rosca de tornillo de este tornillo 20 no tiene ningún nervio que corte la rosca de tornillo.

[0042] La figura 2 también muestra esquemáticamente un componente 22, en el que se proporciona una abertura de paso preparada 24a. El tornillo autorroscante 20 se atornilla en el componente 22 o en la abertura de paso 24a.

[0043] La figura 2 también muestra esquemáticamente el componente 22 después de atornillar el tornillo autorroscante 20. La abertura de paso 24a se ha ensanchado ahora para formar una abertura de paso 24b, que tiene un diámetro mayor, por un lado, y una longitud mayor, por otro lado. Al atornillar el tornillo autorroscante 20 se obtiene un paso 26, que, partiendo de la forma original del componente 22, se extiende en la dirección de avance del tornillo 20.

[0044] Sin embargo, el paso 26 está diseñado muy corto y puede garantizar que el tornillo 20 tenga gran resistencia a la torsión, especialmente en el caso de componentes 22 con bajo grosor del material.

[0045] La representación de la figura 3 muestra el tornillo autorroscante 12 según la invención, como ya se ha representado en la figura 1. Como ya ha explicado con referencia a la figura 1, el tornillo 12 tiene la nervadura 10, que se extiende en una orientación opuesta a la rosca de tornillo 9 a lo largo de aproximadamente tres vueltas de rosca de la rosca de tornillo 9.

[0046] La figura 3 muestra de nuevo el componente 22 con la abertura de paso preparada 24a.

[0047] La figura 3 también muestra el componente 22 después de atornillar el tornillo autorroscante 12 según la invención. La abertura de paso 24a se ha ensanchado atornillando el tornillo autorroscante según la invención para formar una abertura de paso 24c, que tiene un diámetro mayor que la abertura de paso 24 antes de atornillar el tornillo y también tiene una longitud mayor. Debido a que al atornillar el tornillo autorroscante según la invención se generó un paso 28, que tiene una longitud claramente mayor que el paso 26 de la figura 2. En la representación esquemática de la figura 3, la longitud del paso 28 es aproximadamente tan grande como el grosor del material del componente 22. Por lo tanto, el tornillo autorroscante según la invención puede conectarse con el componente 22 a través de muchas más vueltas de rosca, de modo que se obtiene una gran resistencia a la torsión del tornillo según la invención y también una fuerza de sujeción claramente mejorada en comparación con el tornillo convencional.

[0048] El ensanchamiento del paso es provocado por el efecto de la nervadura 10. Cuando se atornilla el tornillo autorroscante según la invención, la nervadura 10 desplaza el material en la zona de la pared de la abertura de paso 24a en la dirección de avance, es decir, hacia abajo en la figura 3. Como resultado, el paso 28 se alarga en comparación con el paso 26 de la figura 2.

[0049] La representación de la figura 4 muestra otro tornillo autorroscante 30 según la invención. El tornillo 30 está diseñado principalmente igual que el tornillo 12 según la invención en la figura 3, solo una nervadura 32 no está dispuesta en la dirección opuesta a la rosca de tornillo 9, como en el caso del tornillo 12, sino en la misma orientación que la rosca de tornillo 9. La nervadura 32 encierra de esta manera un ángulo de -55° con un eje longitudinal del tornillo 30.

[0050] Cuando el tornillo 30 se atornilla en el componente 22, el diámetro de la abertura de paso 24a no solo aumenta, sino que también se forma un primer paso 34 en el lado inferior del componente opuesto a la cabeza de tornillo y un segundo paso 36 en el lado inferior del componente 22 opuesto al lado de la cabeza de tornillo 30 del componente 22. Cuando se atornilla el tornillo 30, la nervadura 32 actúa de tal manera que el material se desplaza hacia arriba desde la pared de la abertura de paso 24a contra la dirección de avance, de modo que se forma el paso 36. Al mismo tiempo, sin embargo, sorprendentemente, la nervadura 32 también asegura que el paso 34 se forme en la dirección de avance y que el paso 34 sea más corto que el paso 28 en la figura 3, pero sigue siendo más largo que el paso 26 en la figura 3.

[0051] Tanto con el tornillo autorroscante 12 según la invención de la figura 1 y la figura 3 como con el tornillo autorroscante 30 según la invención de la figura 4, se puede lograr una fuerza de sujeción significativamente mayor y una resistencia a la torsión significativamente mayor en comparación con un tornillo autorroscante convencional 20, especialmente en chapa fina, ya que la formación de los pasos 28 o 34, 36 significa que más pasos de rosca de la rosca 9 están en contacto con el componente 32 después de que los tornillos 12, 30 según la invención se hayan atornillado completamente en el componente 22.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Tomillo autorroscante para atornillar materiales dúctiles, a saber, chapa, con una cabeza de tomillo (1), que tiene una configuración de accionamiento de tornillo (4), un vastago de tornillo (5), que se extiende desde la cabeza de tornillo (4) hasta un extremo de tornillo frontal (6), así como con una rosca de tornillo (9), que está diseñada como rosca de chapa, donde una sección de forma frontal (8) del vástago de tornillo (5) tiene una sección transversal que disminuye en la dirección del extremo de tornillo frontal (6), donde la rosca de tornillo (9) alcanza el extremo de tornillo frontal (6), donde al menos una nervadura (10; 32), que corta la rosca de tornillo (9), está configurada en la sección de forma (8) y donde la nervadura (10; 32) discurre de manera más empinada que la rosca de tornillo (9).

2. Tornillo autorroscante según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la nervadura (10; 32) discurre de forma oblicua a un eje longitudinal (11) del tornillo.

3. Tornillo autorroscante según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que la nervadura (10) discurre en una orientación opuesta a la orientación de la rosca de tornillo (9).

4. Tornillo autorroscante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que un ángulo (gamma) entre la nervadura (10; 32) y la rosca de tornillo (9) es superior a 0 grados e inferior a 180 grados.

5. Tornillo autorroscante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que, visto en una dirección desde el extremo de tornillo frontal (6) hacia la cabeza de tornillo (1), la nervadura (10; 32) comienza a una distancia (A) del inicio de la rosca de tornillo (9).

6. Tornillo autorroscante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que, visto en una dirección desde el extremo de tornillo frontal (6) hacia la cabeza de tornillo (1), la nervadura (10; 32) termina antes de la transición de la sección de forma (8) hacia una sección cilíndrica (7) del vástago (5).

7. Tornillo autorroscante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que la nervadura (10; 32) se extiende a lo largo de dos a cuatro vueltas de rosca de la rosca de tornillo (9).

8. Tornillo autorroscante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que una altura de la nervadura (10; 32) es inferior a la altura de las vueltas de rosca de la rosca de tornillo (9).

9. Tornillo autorroscante según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que una altura de la nervadura (10; 32) es grande aproximadamente la mitad de la altura de las vueltas de rosca de la rosca de tornillo (9).

10. Tornillo autorroscante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que la sección transversal del vástago de tornillo (5) tiene una forma trilobulada.

11. Tornillo autorroscante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que están previstos varios nervios (10; 32), que discurren oblicuamente, preferentemente distribuidos de manera uniforme a lo largo del perímetro.

12. Tornillo autorroscante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el extremo de tornillo frontal (6) está redondeado, en particular redondeado de forma semiesférica.