MXPA00006796A - Tornillo autorroscante - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a tornillo autorroscante que comprende una curva envolvente cuando menos parcialmente no redonda para la rosca y que comprende una sección de penetración y una sección de retención, caracterizado por el hecho de que la sección de penetración contiene una pluralidad de etapas roscadas sucesivas de las cuales cada una tiene cuando menos un paso de rosca y a lo largo de la etapa roscada tienen esencialmente la misma curva envolvente alineada que se extiende ya sea en forma cilíndrica o elíptica, siendo que las etapas roscadas con una curva envolvente elíptica se combinan de manera que los ejes principales de las sucesivas etapas roscadas elípticas, formando un grupo de etapas, están angularmente desviados uno respecto de otro.

Description

TORNILLO AUTORROSCANTE Descripción de la invención La invención se relaciona con un tornillo autorroscante que comprende una curva envolvente cuando menos parcialmente no redonda para la rosca y que tiene una sección de penetración y una sección de retención. Un tornillo del tipo bajo consideración se revela en la patente europea 86 852. Esta patente describió diferentes curvas envolventes para la rosca de un tornillo autorroscante, que especificamente, en sucesión, comprenden una región de penetración con una rosca de forma trilobular con un diámetro de envoltura que va en aumento, una región adyacente con una forma de rosca igualmente trilobular pero con un diámetro constante de la envoltura, y finalmente una región con una curva envolvente cilindrica. Además, la patente revela una curva envolvente para la rosca que en lugar de tener una forma de rosca trilobular mas bien tiene una con solo dos puntos elevados que es sustancialmente similar a una curva envolvente elíptica. En este caso la región con las formas envolventes cilindricas forma la sección de retención. La patente DE 27 06 246 revela un tornillo autorroscante que a lo largo de toda la longitud de su rosca tiene una sección transversal a manera de un polígono arqueado. En términos específicos, las figuras de la patente presentan para este propósito un polígono mas o menos triangular (similar a la configuración trilobular de acuerdo a la patente europea 86- 852 precedentemente mencionada) . El tornillo de acuerdo a la patente DE 27 06 246 tiene una sección de penetración y una sección de retención. En la región de la sección de penetración la configuración poligonal es mas pronunciada que en la sección de retención, en la cual la curvatura en los puntos externos del polígono es mas redondeada que en la región de la sección de penetración. Con esto se obtiene un par de torsión correspondientemente bajo al principio del atornillamiento en la región de penetración. Además, la región de penetración se configura con una curva envolvente mas pequeña que la sección de retención con el fin de facilitar el atornillamiento del tornillo. No se mencionan secciones transversales elípticas en esta patente. La patente US 3 978 760 revela otra configuración de un tornillo formador de rosca en cuyo caso la sección de penetración es de configuración elíptica y se transforma en una sección transversal cilindrica en dirección a la sección de retención. En el caso de los tornillos precedentemente descritos es importante la idea de mantener lo mas bajo posible el par de torsión del atornillamiento mediante una configuración específica de la rosca en ' la sección de penetración. Cuando se atornilla un tornillo autorroscante, se resiste al tornillo ante todo el material de la parte pertinente de la tuerca dentro de la cual se debe cortar la rosca. Existe también un requerimiento de par de torsión adicional durante la operación de atornillamiento como resultado de la fricción de los pasos de rosca atornillados. Por consiguiente existen una gran cantidad de otros documentos que se abocan al problema en cuestión. La técnica anterior pertinente propone entre otras cosas proporcionar porciones achatadas en los pasos al principio de la rosca de la sección de penetración de los tornillos autorroscantes, con el resultado de que el corte de la rosca y la fricción que se producen al atornillarse mas adentro el tornillo se limitan a las partes de los pasos de rosca restantes. A pesar de estos esfuerzos variados, la tarea de reducir el par de torsión de atornillamiento al tiempo de mantener un ajuste firme del tornillo autorroscante a lo largo de su sección de retención sigue siendo un problema. Por consiguiente, el objeto de la invención es el de proporcionar un tornillo autorroscante del tipo bajo consideración que asegure un bajo par de torsión de atornillamiento y tenga buenas propiedades en lo referente al ajuste firme del tornillo en una parte de tuerca. Por consiguiente, el tornillo de conformidad con la invención se caracteriza en que la sección de penetración contiene una pluralidad de etapas de roscado sucesivas que tienen cuando menos un paso de rosca y que a lo largo de la etapa del roscado tienen esencialmente la misma curva envolvente alineada que se extiende ya sea cilindrica o elípticamente, combinándose las etapas de roscado con una curva envolvente elíptica (etapa de roscado elíptica), de manera que los ejes principales de las sucesivas etapas de roscado elípticas están angularmente desviados uno respecto de otro, formando un grupo de etapas. El tornillo de conformidad con la invención se basa en la utilización de las propiedades de una curva envolvente elíptica, para ser precisos, en el sentido de que cuando menos dos etapas de roscado (a las que nos referimos como grupo de etapas) con una curva envolvente elíptica se suceden una a otra de manera que los ejes principales de estas etapas de roscado elípticas están angularmente desviados uno respecto de otro, con el resultado de que al atornillarse el tornillo este último tiene una posición estable en relación a la parte pertinente de la tuerca. Esto resulta debido al hecho de que el tornillo, cuya rosca se soporta con relación a la parte de la tuerca ante todo a través de dos puntos diametralmente opuestos (extremos de los ejes principales), obtiene puntos de soporte en los extremos del eje principal de la siguiente etapa de roscado al penetrar la siguiente etapa de roscado con una curva envolvente elíptica angularmente desviada. Por consiguiente existen cuando menos dos pares de puntos de soporte diametralmente relacionados, estando los pares angularmente desviados uno con respecto al otro, lo que da por resultado que el tornillo que se debe atornillar queda colocado en la parte de la tuerca con la estabilidad precedentemente mencionada. Esto da por resultado que cuando se atornilla un grupo de etapas la última apoya al tornillo impidiendo su inclinación en relación a la parte de la tuerca, de manera que la operación de atornillamiento se puede efectuar de una manera en gran medida automática sin tomar medidas especiales de centrado. El término curva envolvente significa la progresión de un área de superficie lateral que encierra a la etapa de roscado pertinente, siendo que esta área de superficie lateral se extiende a través de los puntos de la etapa del roscado que respectivamente son los radialmente mas externos. En el caso de una etapa de roscado elíptica, la curva envolvente es una elipse. Si por contraste la etapa de roscado es cilindrica, entonces la curva envolvente pertinente se extiende a manera de un circulo. En el caso mas simple el grupo de etapas comprende dos etapas de roscado de la cuales los ejes principales están angularmente desviados por 90° uno respecto al otro. También es posible incluir etapas de roscado elípticas adicionales en el grupo de etapas, en cuyo caso de un etapa de roscado a la siguiente los ejes principales de la última se desfasan en cada caso por 90°. Una variante de esto consiste en construir el grupo de etapas con tres etapas roscadas y en este caso desfasar de una etapa roscada a la siguiente los ejes principales de la última por 60° con respecto de una a otra. Naturalmente que con una configuración asi también es posible incluir etapas de roscado adicionales al grupo de etapas, en cuyo caso el eje principal de cada etapa de roscado esta desfasda por 60° con relación a la etapa de roscado respectivamente adyacente. De acuerdo a otra variante, en la construcción del grupo de etapas formado por cuatro etapas roscadas es definitivamente posible que los ejes principales de estas etapas de roscado estén angularmente desviados por 45° uno respecto de otro, en cada caso de una etapa de roscado a la siguiente. Naturalmente que también en este caso es posible incluir etapas de roscado adicionales con la misma disposición de desfasamiento . en el grupo de etapas pertinente. Finalmente debería mencionarse también el caso en que el grupo de etapas puede estar construido por seis etapas de roscado para obtener una sección de penetración particularmente larga, de las cuales los ejes principales están angularmente desviados por 30° uno respecto de otro, de una etapa de roscado a la siguiente. También en este caso es posible agregar etapas de roscado adicionales angularmente desviadas de manera correspondiente. El tornillo se puede estabilizar particularmente bien al ser atornillado en la parte de la tuerca si las curvas envolventes de las etapas de roscado elípticas de un grupo de etapas se seleccionan del mismo tamaño. En este caso las etapas de roscado de un grupo de etapas quedan apoyadas con relación a la parte de la tuerca de una manera simétrica y uniforme de una etapa de roscado a la siguiente. Es posible facilitar la operación de atornillar el tornillo en una parte de tuerca si se dispone corriente arriba de un grupo de etapas (remota de la cabeza del tornillo) una etapa roscada elíptica cuya curva envolvente es mas chica que la curva envolvente de la etapa roscada elíptica que la sucede hacia atrás. La etapa roscada elíptica corriente arriba con curva envolvente mas chica se puede usar para llevar a cabo algo como una operación de corte previo de la rosca seguida entonces por el grupo de etapas para el corte definitivo de la rosca.

También es posible complementar el grupo de etapas disponiendo corriente abajo de un grupo de etapas (orientadas hacia la cabeza del tornillo) una etapa de roscado elíptica cuya curva envolvente es mas grande que la curva envolvente de la etapa de roscado elíptico que la antecede. Esta etapa de roscado elíptico que sucede al grupo de etapas se utiliza para llevar a cabo una especie de calibración de la rosca terminada. El tornillo se puede centrar al estarlo atornillando disponiendo a continuación de una etapa de roscado elíptico en el extremo delantero de la rosca, siendo que dicho extremo es el remoto de la cabeza del tornillo, una etapa roscada con una curva envolvente cilindrica (etapa roscada cilindrica) de la cual el diámetro es menor que el eje principal de la curva envolvente de la etapa de roscado elíptico. La etapa de roscado con una curva envolvente cilindrica y un diámetro que es menor que el eje principal de la curva envolvente de la siguiente etapa de roscado elíptico proporciona una guia para el tornillo que se debe atornillar, en virtud de que la etapa de roscado cilindrico es soportada de manera uniforme con respecto a la parte de la tuerca al ser atornillada. Solo se requiere un reducido de número de pasos de rosca, de preferencia hasta cuatro pasos de rosca, para la etapa de roscado cilindrico mencionada. Una configuración favorable para la sección de retención se logra disponiendo a continuación de una etapa de roscado cilindrico en el extremo trasero de la rosca, siendo que dicho extremo esta orientado hacia la cabeza del tornillo, una etapa de roscado con una curva envolvente cilindrica (etapa de roscado cilindrico) cuyo diámetro es igual o menor al eje principal de la curva envolvente de la etapa de roscado elíptico. Esta etapa de roscado cilindrico en el extremo de la rosca orientado hacia la cabeza del tornillo da por resultado el mayor traslape posible del flanco para la sección de retención, y por consiguiente una buena adherencia del tornillo atornillado en la parte de la tuerca. Debe tenerse en cuenta aqui el hecho de que el diámetro de la etapa de roscado cilindrico solamente es muy ligeramente menor que el eje principal de la curva envolvente de la etapa roscada cilindrica siguiente, puesto que esto es particularmente favorable para reducir la fricción de la rosca en la región de la sección de retención, aunque en la práctica siempre existe suficiente traslape del flanco y por consiguiente contacto mutuo en la región de la sección de retención. Para que sea posible utilizar todos los efectos de una manera favorable se proporciona una etapa roscada cilindrica en el extremo delantero y en el extremo trasero de la rosca. Solamente se proporciona un número reducido de pasos de rosca, de preferencia hasta cuatro pasos de rosca para la primera etapa de roscado elíptico, puesto que esta etapa de roscado solamente tiene que efectuar algo como una operación de precorte en el evento de que el tornillo se atornille en la parte de una tuerca. El tornillo también se puede configurar de manera que se proporcionan una pluralidad de grupos de etapas uno tras otro. En este caso una pluralidad de grupos de etapas de uno tras otro asume la tarea esencial del corte. En este caso la curva envolvente del grupo de etapas que penetra primero que todos en la parte de una tuerca se configura para ser menor que el siguiente grupo de etapas con el fin de esta manera ampliar por etapas, por asi decir, la rosca que se debe cortar. Modalidades ejemplares de la invención se ilustran en las figuras, en las que: la figura 1 muestra una vista en alzado lateral de un tornillo que tiene una sección de penetración y una sección de retención, la figura 2 muestra una ilustración de una sección axial del tornillo a lo largo de la línea II-II de la figura 1, con un grupo de etapas de las cuales los ejes principales están angularmente desviados por 90°, la figura 3 muestra una ilustración seccional similar (II-II) con los ejes principales de las etapas roscadas angularmente desviados por 60°, la figura 4 muestra una ilustración esquemática de la disposición sucesiva de una etapa de roscado cilindrico, un grupo de etapas siguiente y una etapa de roscado cilindrico en el extremo trasero de la rosca, la figura 5 muestra una disposición similar en cuyo caso se disponen una etapa singular de roscado elíptico entre la etapa de roscado cilindrico inicial y el grupo de etapas, la figura 6 muestra una disposición con dos grupos sucesivos de etapas, y la figura 7 muestra una disposición con un grupo de etapas que tiene una etapa de roscado cilindrico dispuesta corriente arriba de ella y una tapa de roscado elíptico dispuesta corriente abajo de ella. Una modalidad ejemplar de un tornillo de conformidad con la invención se ilustra en una vista en alzado lateral en la figura 1. El tornillo tiene la cabeza 1 del tornillo con una rosca 2 adyacente. La rosca 2 tiene una pluralidad de secciones que se explicarán con referencia a las figuras 4 - 7, específicamente la sección penetrante D, C, B y la sección de retención A. En este caso la sección penetrante D, C, B se divide en una pluralidad de zonas de corte de acuerdo a las regiones D, C, B, ilustradas de las cuales se darán mayores detalles a continuación (figuras 4-7). La rosca 2 contiene etapas roscadas de las cuales cada una tiene cuando menos un paso de rosca, siendo que la etapa roscada describe con los vértices de su rosca una curva envolvente que a lo largo de la etapa roscada es esencialmente constante y alineada a todo lo largo. Aqui' es posible proporcionar diferentes curvas envolventes en lo que se refiere a su tamaño y posición, tal y como se explicará a continuación con referencia a los dibujos seccionales de acuerdo a las figuras 2 y 3. Las ilustraciones seccionales siguen la línea II-II de acuerdo a la figura 1. El tornillo de acuerdo a la figura 2 es uno en el que se proporcionan sucesivamente etapas roscadas elípticas (etapas roscadas con una curva envolvente elíptica) que se suceden una a otra en la dirección axial del tornillo de manera que los ejes principales de las curvas envolventes elípticas se encuentras angularmente desviados por 90° uno respecto de otro. Las líneas 3 y 4 a rayas encadenadas ilustran el eje principal respectivo en este caso. La sucesión de etapas roscadas elípticas pertinentes en la dirección axial del tornillo se explicará a continuación con referencia a las figuras 4-7. La ilustración seccional de acuerdo a la figura 3, la cual asi mismo sigue la línea II-II de la figura 1 tiene etapas roscadas elípticas sucesivas que se encuentran angularmente desviadas por 60° una respecto de otra, lo cual se puede apreciar por las líneas 5, 6 y 7 a. rayas encadenadas que ilustran los ejes principales pertinentes. En particular en conjunción con las figuras 2 y 3 debe hacerse notar que las ilustraciones pertinentes muestran las extensiones de las curvas envolventes de una manera exagerada, siendo que esto también se aplica al resto de las figuras con el fin de ilustrar la configuración del tornilllo de conformidad con la invención. Para explicar la sucesión de las etapas individuales de roscado y de los grupos de etapas a lo largo de la rosca 2 del tornillo de acuerdo a la figura 1, el método de dibujo seleccionado para la ilustración de las figuras 4-7 es uno en el que la sección pertinente de la rosca 2, la respectiva curva envolvente de etapa roscada que determina la sección se ilustra como ilustración seccional. Las secciones transversales según se ilustran en las figuras 4-7 corresponden por consiguiente, en principio, a aquellas de acuerdo a las figuras 2 y 3. La figura 4 ilustra la rosca 2 de un tornillo de conformidad con la invención con las secciones A, B y D, siendo que la sección D es el extremo delantero del tornillo (remoto de la cabeza 1 del tornillo (no ilustrada) ) . La sección D es una etapa roscada con una curva envolvente cilindrica. Adyacente a la sección D se encuentra la sección B, la cual contiene dos etapas roscadas elípticas Bl y B2. Las dos etapas roscadas Bl y B2 tienen las mismas curvas envolventes elípticas, pero los ejes principales respectivos de las curvas envolventes de las etapas roscadas Bl y B2 están angularmente desviados por 90° uno respecto de otro, lo cual corresponde a la ilustración de la figura 2. Las dos etapas roscadas Bl y b2 juntas forman el grupo B de etapas. Como se puede apreciar, el diámetro de la curva envolvente cilindrica de la sección D es ligeramente menor que el eje menor de la curva envolvente de la sección B. Al atornillarse el tornillo de acuerdo a la figura 4, la rosca se precorta por consiguiente en la parte de la tuerca primeramente mediante el diámetro mas pequeño de la sección D, después de lo cual el resto de la rosca se corta mediante la sección B2 y finalmente mediante la sección Bl. Las secciones B y D de acuerdo a la figura 4 forman la sección penetrante de la rosca 2. Adyacente a esta se encuentra la sección A como sección de retención de la rosca 2, en la cual existe una etapa roscada con una curva envolvente cilindrica, específicamene a lo largo del resto de la rosca. El diámetro de la curva envolvente de la sección A es ligeramente menor que el eje principal de la sección B, dando por resultado que una vez que la rosca 2 del tornillo se ha atornillado en su totalidad, la sección de retención ya no necesita sobreponerse a fuerzas de fricción particularmente grandes. En este caso, en lo que se refiere a la disposición escalonada del eje principal de la sección B con relación al diámetro de la curva envolvente de la sección a solamente existe una reducción muy ligera del diámetro, dando por resultado que en la sección de retención A el tornillo pertinente mantiene un -ajuste firme. El tornillo de acuerdo a la figura 5 es una modificación del tornillo de acuerdo a la figura 4 en cuanto a que la sección B tiene dos secciones C y D dispuestas corriente arriba de ella, siendo que la sección D corresponde a la sección D de acuerdo a la figura 4. Entre la sección D y la sección B de la figura 5 se dispone la sección C como una etapa roscada con una curva envolvente elíptica, especificamente con su eje principal que tiene una longitud que corresponde a la longitud del eje menor de la sección B. Esta interposición de la sección C facilita el precorte de la rosca, el cual en este caso tiene lugar en 3 etapas, específicamente mediante las secciones D, C y B. Otra modificación mas de la rosca 2 se ilustra en la figura 6. En esta modificación, en contraste con la rosca de la figura 5, se proporciona una sección C formada por un grupo de etapas entre las secciones B y D. La sección C de acuerdo a la figura 5 que contiene una etapa roscada elíptica singular se reemplaza en el caso de la rosca de acuerdo a la figura 6 por un grupo C de etapas con las etapas roscadas elípticas Cl y C2. Las curvas envolventes de las dos etapas roscadas elípticas Cl y C2 son las mismas, pero angularmente desviadas por 90° una respecto de otra (como también es el caso con el grupo B de etapas de acuerdo a las figuras 4 y 5) . Mediante la disposición del grupo C de etapas entre la sección D y la sección B se obtiene una reducción adicional del par de torsión de atornillamiento para el precorte de la rosca en la parte de la tuerca. El grupo B de etapas ilustrado en la figura 6 contiene en este caso (en contraste con el grupo B de etapas de acuerdo a la figura 5) tres etapas .roscadas elípticas con curvas envolventes que son iguales pero angularmente desviadas por 60° respecto una de otra en cada caso, lo cual corresponde a la ilustración de la figura 3. Esta medida también sirve para reducir el par de torsión de atornillamiento y para estabilizar al tornillo al ser atornillado en la parte de la tuerca. El tornillo de acuerdo a la figura 7 es una simplificación del tornillo de acuerdo a la figura 6, específicamente en cuanto a que la sección B del tornillo de acuerdo a la figura 6 que tiene un grupo de etapas formado por tres etapas roscadas elípticas se reemplaza por la etapa B roscada singular de la figura 7. La etapa roscada elíptica B que se proporciona por si sola en esta sección tiene una curva envolvente elíptica, siendo que la longitud del eje menor corresponde a la longitud del eje principal de la sección C. A la etapa roscada única B de la figura 7 se encuentra adyacente la etapa roscada A como sección de retención según se describe en el caso de las figuras precedentes. También debe hacerse notar que no es absolutamente necesario, como se ilustra en las figuras 6 y 7, que el diámetro de la curva envolvente cilindrica de las secciones D sea igual al eje menor de la curva envolvente de las secciones C2. También es posible que el diámetro de la curva envolvente cilindrica de las secciones D sea ligeramente menor. Lo mismo es aplicable a la configuración del tornillo de acuerdo a la figura 5, el cual muestra que, el eje principal de la curva envolvente de la sección C es el mismo que el eje menor de la curva envolvente de la sección B2. Aqui también es posible que el eje principal de la sección C sea ligeramente menor. Debe hacerse notar adicionalmente que también es posible que el diámetro de la curva envolvente cilindrica de la sección A de acuerdo a las figuras 4 a 7 sea el mismo que el del eje principal de la sección B adyadente.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES 1. Tornillo autorroscante que comprende una curva envolvente cuando menos parcialmente no redonda para la rosca y que comprende una sección de penetración y una sección de retención, caracterizado por el hecho de que la sección de penetración contiene una pluralidad de etapas roscadas sucesivas de las cuales cada una tiene cuando menos un paso de rosca y a lo largo de la etapa roscada tienen esencialmente la misma curva envolvente alineada que se extiende ya sea en forma cilindrica o elíptica, siendo que las etapas roscadas con una curva envolvente elíptica se combinan de manera que los ejes principales de las sucesivas etapas roscadas elípticas, formando un grupo de etapas, están angularmente desviados uno respecto de otro.
2. 2. Tornillo según la reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que el grupo de etapas contiene cuando menos dos etapas roscadas cuyos ejes principales están angularmente desviados por 90° o por el mismo ángulo uno respecto de otro.
3. 3. Tornillo según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que las curvas envolventes de las etapas roscadas elípticas de un grupo de etapas son del mismo tamaño.
4. 4. Tornillo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que corriente arriba de un grupo de etapas remoto de la cabeza del tornillo se encuentra dispuesta una etapa roscada elíptica de la cual la curva envolvente es menor que la curva envolvente de la etapa roscada elíptica que la sucede hacia la parte posterior.
5. 5. Tornillo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que corriente abajo de un grupo de etapas orientado hacia la cabeza del tornillo se encuentra una etapa roscada elíptica de la cual la curva envolvente es mayor que la curva envolvente de la etapa roscada elíptica que la sucede hacia la parte delantera, remota de la cabeza del tornillo.
6. 6. Tornillo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que a continuación de una etapa roscada elíptica en el extremo delantero de la rosca, siendo que este extremo es el remoto de la- cabeza del tornillo, se encuentra una etapa roscada con una curva envolvente cilindrica de la cual el diámetro es menor que el eje principal de la curva envolvente de la etapa roscada elíptica.
7. 7. Tornillo según la reivindicación 6,' caracterizado por el hecho de que la etapa roscada cilindrica delantera solo tiene un número reducido de pasos de rosca, de preferencia hasta 4 pasos de rosca.
8. 8. Tornillo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que a continuación de una etapa roscada elíptica en el extremo trasero de la rosca, siendo que este extremo esta orientado hacia la cabeza del tornillo, se dispone una etapa roscada con una curva envolvente cilindrica de la cual el diámetro es igual o menor que el del eje principal de la curva envolvente de la etapa roscada elíptica.
9. 9. Tornillo según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por el hecho de que la etapa roscada cilindrica se proporciona en el extremo delantero y en el extremo trasero de la rosca.
10. 10. Tornillo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que la primera etapa roscada elíptica solamente tiene un número reducido de pasos de rosca, de preferencia hasta cuatro pasos de rosca.
11. 11. Tornillo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que se proporcionan una pluralidad de grupos de etapas uno tras otro de manera que aumentan en tamaño en la dirección de la cabeza del tornillo.