ITMI20001337A1

ITMI20001337A1 - Bullone di connessione per il serraggio ripetuto oltre il punto di snervamento

Info

Publication number: ITMI20001337A1
Application number: IT2000MI001337A
Authority: IT
Inventors: Jan Babak
Original assignee: Skoda Auto As
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2001-12-15
Also published as: IT1318002B1; ES2174709A1; ES2174709B1; ITMI20001337A0; DE10030744B4; JP4005300B2; DE10030744A1; FR2795464B1; GB0014255D0; CZ9902286A3; GB2351541A; CZ293517B6; US6402447B1; GB2351541B; FR2795464A1; JP2001074017A

Description

DESCRIZIONE dell’Invenzione industriale avente per titolo «BULLONE DI CONNESSIONE PER IL SERRAGGIO RIPETUTO OL-TRE IL PUNTO DI SNERVAMENTO»

DESCRIZIONE

Campo dell’Invenzione

La presente invenzione riguarda un bullone di connessione per il serraggio ripetuto oltre il punto di snervamento, dotato di mezzi rendenti possibile la determinazione del grado di danneggiamento da deformazioni permanenti, per cui le deformazioni costituiscono un criterio per l'ulteriore capacità di servizio del bullone.

Sfondo dell’Invenzione

Attualmente, bulloni di connessione sono serrati sino alla soglia del loro punto di snervamento con il rischio minimo di danneggiamento, assai accuratamente, ma in modo costoso, impiegando un dispositivo elettronico applicante il metodo del gradiente. Quindi, i bulloni possono essere ulteriormente applicati, ma solamente per la prima volta vi è una certezza completa poiché solitamente questo dispositivo è disponibile solamente presso la fabbrica del produttore durante il primo assemblaggio .

Vi sono peraltro metodi più affidabili per serrare o stringere bulloni di connessione sino al loro punto di snervamento. Questi metodi impiegano un controllo mediante l'angolo di rotazione, eventualmente mediante il numero di impulsi di un alberino di serraggio, ma a costo di una certa dispersione dei risultati, tra cui un rischio casuale che la maggior parte di essi siano sovraserrati oltre il-punto di snervamento, che potrebbe determinare danneggiamento parziale del materiale del bullone in un simile bullone mediante deformazioni permanenti.

Nonostante il fatto che entrambi i summenzionati metodi di serraggio di bulloni di connessione garantiscano, il vantaggio di sfruttare la loro esistenza meccanica sino al 100% in un caso del loro serraggio e nonostante il raggiungimento della loro presollecitazione massima possibile entro un campo di dispersione ristretto, per cui essi rappresentano i metodi più avanzati della tecnica attuale, essi manifestano un essenziale inconveniente correlato ai costi. Tale inconveniente consiste nel fatto che, a causa della inerente incertezza nel processo di memorizzare informazione relativa a danneggiamento parziale di detti bulloni rispetto al loro serraggio oltre il punto di snervamento, essi devono essere sostituiti dopo ciascun smontaggio per soddisfare i requisiti qualitativi. Un paradosso è costituito dal fatto che a causa di ciò i bulloni di connessione costituiscono una parte per l'impiego per solamente una volta. Conseguentemente, ciò fa aumentare sostanzialmente i costi di una revisione, riparazione, dell'assemblaggio di prodotti smontati, e della manutenzione di servizio. La presente indisponibilità dell'opzione di un assemblaggio ripetuto senza sostituzione di detti bulloni impedisce una applicazione più frequente nella pratica di detto metodo di serraggio avanzato.

La tecnica nota comprende pure un metodo o procedimento di valutazione dei danni di bulloni di connessione, il quale procedimento consiste nel fatto che l'allungamento permanente del bullone viene impiegato come criterio per la deformazione plastica di detti bulloni. Tuttavia, il problema è che tale elemento indicatore non è sufficientemente esplicito e che è necessario mantenere registrazioni relative alla lunghezza originale di ciascun bullone individualmente, la qual cosa non risulta funzionale in un impiego industriale. Perciò, questo procedimento è utile solamente per una selezione ottica generale di bulloni evidentemente allungati presentanti una contrazione visibile della loro sezione trasversale critica. Inconvenienti simili e ancora maggiori sono inoltre manifestati dall'altro metodo o procedimento impiegato, il quale consiste nel valutare l'aumento della lunghezza solamente della parte filettata del gambo o stelo del bullone.

Quando una qualità superiore costituisce requisito prioritario del processo di produzione, considerando l'incertezza precedentemente descritta, nella pratica quotidiana, preferibilmente, tutti i bulloni di connessione smontati peraltro di elevato valore vengono scartati ogni qualvolta sussiste il sospetto che sia stato superato il punto di snervamento . Tuttavia, nella maggior parte dei casi essi sono ancora suscettibili di essere applicati piuttosto bene.Così, perdite finanziarie sostanziali vengono determinate nonostante il fatto che, in teoria, queste perdite non siano necessarie dal punto di vista tecnico.

Considerando quanto precede, uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento ed un sistema adatto ed esplicito per contrassegnare detti bulloni, consentendo di ottenere una indicazione affidabile dell'estensione delle deformazioni permanenti.

Sommario dell’Invenzione

I summenzionati inconvenienti dei procedimenti della tecnica nota sono eliminati mediante un bullone di connessione per il serraggio ripetuto oltre il punto di snervamento, il quale bullone comprende una testa ed un gambo, il quale gambo è dotato di un filetto, secondo la presente invenzione, in cui detta testa è dotata di almeno un contrassegno di indicazione in una posizione angolare mutua definita fissa, ad almeno un segno di indicazione, il quale segno è previsto sulla estremità libera del gambo rispetto all'asse di rotazione del bullone. Detto contrassegno di indicazione e detto segno di indicazione sono formati mediante almeno una gola tridimensionale integrale o interrotta, o sporgenza, la quale gola o sporgenza è formata nel materiale di detto bullone di connessione. Linee perpendicolari tracciate dai centri di detti contrassegni o segni di indicazione all'asse q-q di rotazione del bullone formano assi di riferimento a-a o c-c del rispettivo sistema di indicazione, i quali assi di riferimento assieme a detto asse q-q di rotazione del bullone definiscono la posizione angolare mutua effettiva di un piano di riferimento a della testa e un piano di riferimento χ della estremità libera del gambo del bullone. Nel caso in cui, considerando una configurazione simmetrica speciale di contrasségni o segni di indicazione, il loro centro cada direttamente sull'asse q-q del bullone, preferibilmente uno di altri assi di simmetria nel sistema di contrassegni di indicazione, situato nel piano perpendicolare all'asse q-q del bullone, può essere scelto in qualità dell'asse di riferimento. Nel caso della forma di realizzazione del bullone di connessione che è provvista di una punta di guida,' il segno di indicazione della estremità libera del gambo è formato da almeno una superficie appiattita o concava formata sul nasello di guida in direzione radiale relativamente all'asse q-q del bullone di connessione. Nel caso di una forma di realizzazione dotata di un corto nasello di guida cilindrico o conico, il segno di indicazione è situato sulla faccia della estremità libera del gambo ed è formato da una gola o sporgenza a piena lunghezza oppure interrotta. Il contrassegno di indicazione ed il segno di indicazione, già forniti nella produzione di detto bullone di connessione, determinano l'angolo ΔΘΗ di torsione permanente di detto gambo del bullone di connessione mediante una variazione delle loro posizioni angolari mutue, il quale angolo mutuo è rappresentato da un angolo ΘH dei piani di riferimento a e χ dopo un serraggio del bullone- oltre il punto di snervamento, e detto contrassegno di indicazione e detto segno di indicazione rendono detto angolo ΔΘΗ di torsione permanente visibile e misurabile. La superficie di detto contrassegno di indicazione e di detto segno di indicazione è protetta come pure le altre parti di detto bullone di connessione almeno mediante uno strato di protezione egualmente efficace.

I contrassegni ed i segni di indicazione servono, o direttamente come un contatto per un dispositivo per la lettura delle posizioni effettive nel sistema di contrassegni di indicazione nell'area di detta testa e di quelli dei segni di indicazione in corrispondenza della estremità libera del gambo del bullone o in una combinazione con le superiici di presa di detta testa o l'appiattimento di detta estremità di guida come contrassegni ottici di orientamento rendenti possibile la lettura corretta delle dimensioni dell'angolo rispettivamente definito ΘΕ di detti piano a e χ nell'intervallo dimensionale desiderato. Nel caso in cui sia necessario impiegare -l'intero intervallo o campo teoricamente possibile delle dimensioni dell'angolo ΘH da 0° a 360°, questo requisito può essere soddisfatto, ad esempio, mediante una configurazione intenzionalmente asimmetrica delle figure o forme di detti contrassegni e segni di indicazione.

Breve Descrizione dei Disegni

L'invenzione sarà ulteriormente illustrata facendo riferimento ai disegni acclusi, nei quali:

la Figura 1 è una vista prospettica di una forma di realizzazione del bullone di connessione illustrante la testa del bullone nella posizione prossimale,

la Figura 2 è una vista prospettica della medesima forma di realizzazione del bullone di connessione illustrante l'estremità libero del gambo del bullone nella posizione prossimale, le Figure 3 e 4 illustrano viste prospettiche di due altre forme di realizzazione della estremità libera del bullone di connessione.

Descrizione Dettagliata dell’Invenzione

In una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione, il bullone di connessione 1 applicabile per il serraggio ripetuto oltre il punto di snervamento comprende una testa 2 con mezzi di presa 7 e con un collare integrale 3 con una superficie di contatto 4 ed un gambo 5 dotato di un filetto 6.

Al di sopra della superficie di contatto 4 della testa 2, su una superficie laterale 8 della testa 2 stessa, opzionalmente sulla superficie di sommità, in una posizione scarica dei mezzi di presa o afferramento 7, ad esempio il prisma esagonale esterno, eventualmente pure sul collare integrale 3, è formato almeno un contrassegno di indicazione tridimensionale concavo o convesso 9. Almeno un segno di indicazione tridimensionale 10, situato preferibilmente all'esterno del filetto 6, è formato sulla superficie della estremità del gambo 5 in corrispondenza della posizione del nasello di guida smussato 11 del bullone 1. Questo segno di indicazione 10, posizionato alla estremità del gambo 5, similmente al contrassegno di indicazione 9 sulla testa 2 o sul collare integrale 3 è, in questo caso, formato da una gola o sporgenza simmetrica prolungata interrotta. Il contrassegno di indicazione appaiato 9 è preferibilmente situato in modo tale che una linea perpendicolare tracciata dal centro di entrambe queste parti all'asse q-q del bullone 9 con il piede X confluiscono in una sola linea rappresentante l'asse di riferimento del sistema di contrassegni di indicazione a-a. Sull'altro lato il centro di un segno di indicazione integrale 10 situato direttamente sull'asse di rotazione q-q del bullone 1 è già configurato con un punto Y che nella configurazione generale del segno di indicazione è stato derivato solamente come il piede della perpendicolare rispettiva. In questo caso, un asse di simmetria del sistema, che è situato nel piano perpendicolare all'asse q-q del bullone, è preferibilmente selezionato come l'asse di riferimento del sistema del segno di indicazione, ad esempio la linea c-c. L'espressione "centro di un segno di indicazione o di un contrassegno di indicazione" significa il centro di simmetria della loro convessità e al di sopra del corpo principale aggiunto o concavità e dal materiale prelevato dal corpo principale del bullone. Per una lettura appropriata dell'angolo ΔΘΗ di torsione permanente del gambo 5 entro l'intero intervallo sino al possibile angolo di 360°, il sistema di indicazione può essere opzionalmente situato asimmetricamente.

Nel caso di bulloni 1 con una punta di guida 12 sulla estremità libera del gambo 5 del bullone di connessione 1, ad esempio l'appiattimento 13 orientato angolarmente può servire come un segno di indicazione, tale appiattimento 13 essendo formato all'esterno del filetto 6. Il contrassegno di indicazione 9, come pure il segno di indicazione 10 sul bullone 1, servono per la lettura dell'angolo effettivo 0H dei piani di riferimento a e χ definenti posizioni angolari mutue della superficie di contatto 4 della testa 2, e del piano della faccia d'estremità libera del suo gambo 5 attorno all'asse q-q di rotazione del bullone. Questo angolo a e χ dei piani di riferimento a e £ intersecantisi proprio nell'asse q-q del bullone 1 è geometricamente definito in un modo noto con un angolo o di linee concorrenti a-a e c-c con una intersezione nel punto X o di linee concorrenti à-a e c-c e nel punto Y, per cui le linee ausiliarie à-à e c-c sono le rispettive linee parallele con gli assi di riferimento del sistema di indicazione opposto.

Il rispettivo angolo ΘH deve essere specificato due volte nella documentazione acclusa, ad esempio nella istruzione per l'uso. Dapprima, come l'angolo iniziale ΘHO, al meglio, se esso è tecnologicamente possibile, come l'angolo zero e quindi pure come l'angolo massimo ΘH consentito per il giunto rispettivo. Se questo angolo massimo (ΘH viene superato, ciò rappresenta un segnale di sostituire il bullone con uno nuovo. Un bullone avente la struttura descritta viene serrato o stretto secondo le rispettive istruzioni. Dopo che esso è stato smontato viene valutato se esso può essere reimpiegato, in cui il criterio dell'ulteriore impiego è costituito dalle dimensioni effettivamente determinate dell'angolo ΘH del sistema di indicazione e dell'angolo derivato da esso di deformazione permanente torsionale ΔΘΗ = ΑΘΗ - θαο. Il bullone può essere reimpiegato nelle condizioni originali di serraggio conformemente alle regole a meno che sia raggiunto l'angolo permanente consentito massimo di deformazione torsionale del gambo del bullone, così specificato nelle istruzioni di assemblaggio o montaggio.

Il principio dell'invenzione è basato sulla conoscenza dei modi di sollecitazione di un bullone, nella pratica. E' noto che durante il serraggio di un bullone 1, nella direzione o senso φ, la parte critica al di sotto della superficie di contatto 4 della testa 2 e simultaneamente quella al di sopra

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della parte filettata del gambo 5 sono esposte ad una tensione- sollecitazione combinata provocata da forza di pre-sollecitazione assiale F esercitata dall'effetto cuneo dei filetti e tensione torsionale provocata dal momento di serraggio ΜA meno il momento d'attrito al di sotto della testa. Perciò, un serraggio di un bullone rappresenta un graduale aumento della sollecitazione combinata del suo gambo mediante tensione e torsione che provocano pure le rispettive deformazioni del gambo, cioè sia il suo allungamento che la sua torsione. Sino al punto di snervamento le deformazioni sono elastiche, reversibili e non possono essere trovate su un bullone dopo che esso è stato allentato. Tuttavia, oltre il punto di snervamento, gli incrementi di entrambe le deformazioni sono plastici e permanenti. Il superamento del punto di snervamento del materiale durante il serraggio del bullone è manifestato sia da allungamento permanente che a torsione permanente del gambo. Queste variazioni possono essere misurate su un bullone smontato e possono servire come un criterio oggettivo del suo serraggio oltre il punto di snervamento sia qualitativamente che quantitativamente.

I vantaggi del sistema secondo la presente invenzione sono i seguenti:

— Un'informazione oggettiva ed affidabile relativa alla storia di serraggio iniziando con la produzione del bullone e coprente l'intero periodo d'uso del bullone rispetto alla sollecitazione del bullone mediante serraggio di esso oltre il punto di snervamento risulta così disponibile.

— Secondo la presente invenzione, l'estensione del danneggiamento può essere determinata mediante l'indicatore di danneggicimento secondo la presente invenzione, che rende facilmente rivelabile l'estensione della torsione permanente del bullone. L'estensione del danneggiamento plastico effettivo del bullone è indicata e può essere impiegata per attuare decisione relativa all'ulteriore impiego del bullone rispettivo.

— Secondo la presente invenzione, non vi sono alcun numero Jiisso di assemblaggi o montaggi ripetuti dei bulloni. Questo numero è flessibile conformemente a condizioni individuali di un giunto specifico sino al completo esaurimento del potenziale di resistenza meccanica rimanente.

— In tal modo, ulteriore impiego di un simile bullone, serrato oltre il suo punto di snervamento, risulta possibile e non è nocivo per la qualità o non costituisce un compromesso indesiderabile in questo campo. Conseguentemente alla capacità di controllare l'estensione di danneggiamento del bullone permanentemente, è possibile presumere che la qualità di un giunto sarà migliorata. Il sistema di indicazione è completamente affidabile poiché esso opera automaticamente senza alcun rischio di malfunzioni dovute a fattori umani, senza alcuna richiesta di tempo relativamente alla squadra operativa e l'informazione sulla estensione o sul grado di danneggiamento viene accumulata spontaneamente sino alla piena aspettativa di vita o durata. Il sistema rende possibile un impiego per centinaia di unità percentuali multiple dei bulloni, il che consente di ottenere sostanziali risparmi economici. Il risparmio è basato su un impiego ripetuto, e sino al limite, del materiale dei bulloni in corrispondenza di ciascun serraggio oltre il punto di snervamento e anche sulla mobilizzazione di tutte le riserve individuali di tutti i tipi fornita dalla dispersione di caratteristiche di serraggio individuali, tolleranze dimensioni e proprietà dei materiali di ciascun lotto di bulloni.

— Il sistema di contrassegnatura è permanente, e non può essere sfregato via durante l'intero servizio del bullone, e non può danneggiare l'appropriato trattamento superficiale individuale né chimicamente né meccanicamente.

— Non è interessato o presupposto un aumento del peso del bullone o del costo o prezzo di esso. I bulloni possono essere provvisti della contrassegnatura secondo l'invenzione durante le normali operazioni nelle unità di fabbricazione nelle macchine formatrici, per cui sono determinati solamente i costi della necessaria sostituzione periodica degli utensili di produzione ed i costi relativi alle calibrazioni o misurazione ed essi sono minimi in una produzione in massa.

— Non è possibile alcuna confusione ad esempio con un contrassegno di produzione dei bulloni serrati essenzialmente significativi.

— Le possibilità di operazioni comuni e necessarie relativamente alla qualità di produzione e agli utensili e agli strumenti usati, ivi compresa ,L'applicabilità della procedura di serraggio prescritta, rimangono ininfluenzate.

— L'indicatore di danneggiamento è favorevole dal punto di vista ambientale, poiché esso rende possibile un reimpiego dei bulloni senza rischio di distruzione, per cui i bulloni rispettivi saranno ora scartati solamente poiché vi è il sospetto che sia stato superato il loro punto di snervamento e che essi siano stati danneggiati da deformazione permanente. Il sistema di indicazione secondo la presente invenzione non rappresenta un aggravio ambientale, poiché esso non richiede energia, vernici o diluenti.

— Sono fornite nuove possibilità di progettazione di prodotti economici.

— I contrassegni di indicazione su un bullone facilitano sostanzialmente l'ispezione dei rispettivi giunti del bullone sia nella fase di pre-produzione come pure nel controllo della qualità durante la fabbricazione o successivamente in condizioni di emergenza e di incidenti quando essi contribuiscono ad un rapido reperimento delle relazioni inducenti.

Impiego industriale

La presente invenzione troverà impieghi in tutti i giunti per bulloni convenzionali in cui il bullone rappresenta intenzionalmente l'elemento critico dell'assemblaggio. Perciò, essa non è applicabile ad esempio in casi di viti impiegate per il collegamento di legno, lamiere metalliche, materiali termoplastici o in casi in cui vi è una sproporzione tra il bullone ed il dato relativamente alla combinazione di materiali impiegati. Si suppone che il bullone abbia lunghezza strutturale, rispetto alla lunghezza in condizione svitata, sufficiente a consentire il suo serraggio oltre il suo punto di snervamento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Bullone di connessione per il serraggio ripetuto oltre il punto di snervamento, il quale bullone comprende una testa ed un gambo il quale gambo è dotato di un filetto, caratterizzatodalfatto che detta testa (2) di detto bullone di connessione (1) è dotata di almeno un contrassegno di indicazione (9) in corrispondenza di una posizione angolare mutua definita fissa ad almeno un segno di indicazione (10), il quale segno è previsto sulla estremità libera del gambo (5) rispetto all'asse’ (q-q) di rotazione del bullone (1).
2. Bullone di connessione secondo la rivendicazione 1, caratterizzatodalfattoChe detto contrassegno di indicazione (9) e detto segno di indicazione (10) sono formati da almeno una gola o sporgenza tridimensionale integrale o interrotta, la quale gola o sporgenza sono formate nel materiale di detto bullone di connessione (1) nella direzione degli assi di simmetria (a-a) o (c-c) situati nel piano perpendicolare all'asse di rotazione (q-q) di detto bullone (1) all'esterno del filetto (6).
3. Bullone di connessione secondo la rivendicazione l, caratterizzato dalfatto che detto bullone di connessione (1) è dotato di una punta di guida (12) e detto segno-di-indicazione (10) di'detta estremità libera di detto gambo (5) è formato da almeno un appiattimento (13 ) o da una gola concava formata sul nasello di guida (12) formato nella direzione radiale rispetto all'asse (q-q) del bullone di connessione (1).
4.Bullone di connessione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato daifatto che detto bullone di connessione (1) è dotato di un corto nasello di guida cilindrico o conico (14) e detto segno di indicazione (10) è situato sulla faccia di detta estremità libera di detto gambo (5) ed è formato mediante una gola o sporgenza a piena lunghezza.o interrotta .
5. Bullone di connessione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzatodalfattoche detto contrassegno di indicazione (9) e detto segno di indicazione (10) determinanti l'angolo ΔΘΗ) di torsione permanente di detto gambo (5) di detto bullone di connessione (1), rendenti possibile una visualizzazione e misurabilità, originano dalla fabbricazione del bullone (1) e che detto contrassegno di indicazione (9) e detto segno di indicazione (10) sono protetti in superficie mediante uno strato almeno identicamente efficace come le altri parti di detto bullone di connessione (1).
6. Bullone di connessione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno un contrassegno di indicazione (9) si trova in una posizione angolare definita fissa rispetto ad almeno una superficie laterale (8) di mezzi di presa ( 7 ) di detta testa (2) di detto bullone (1) rispetto a detto asse di rotazione (q-q) ·