PL228013B1

PL228013B1 - Breakaway screw with press element

Info

Publication number: PL228013B1
Application number: PL416173A
Authority: PL
Inventors: Bogumił Babiarz
Original assignee: Zakłady Metalowe Erko R Pętlak Społka Jawna Bracia Pętlak
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2018-02-28
Also published as: PL416173A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest śruba zrywalna z elementem dociskowym, znajdująca zastosowanie w systemach połączeń kabli energetycznych, realizowanych za pomocą złączek i końcówek śrubowych.The subject of the invention is a shear bolt with a pressure element, used in power cable connection systems, implemented by means of connectors and screw terminals.

W technologii łączenia złączek i końcówek śrubowych wymagane jest aby śruba zrywała się zawsze na równo z korpusem złączek i końcówek, tak aby wyeliminować powstawanie po jej zerwaniu ostrych krawędzi, które mogłyby stać się przyczyną przecięcia izolacji, gdyż na korpusy złączek i końcówek nakładane są powłoki izolacyjne. Powłoki izolacyjne są wykonane na ogół z termo-kurczu lub z zimno-kurczu. Bardzo istotnym elementem realizacji łączenia kabli energetycznych jest odpowiednie dociśnięcie żyły kabla do korpusu złączki, co może spowodować nieprawidłowe zerwanie śruby. W przypadku nieprawidłowego zerwania, krawędź śruby może wystawać poza korpus co może doprowadzić do przecięcia izolacji z termo-kurczu lub z zimno-kurczu i w rezultacie stać się przyczyną awarii linii przesyłowej. Nieprawidłowy docisk żyły kabla do korpusu złączki może być przyczyną obluzowania żyły kabla, natomiast zbyt duży docisk śruby może doprowadzić do przecięcia żył roboczych kabla.In the technology of joining connectors and screw terminals, it is required that the screw always breaks evenly with the body of connectors and terminals, so as to eliminate the formation of sharp edges after breaking it, which could cause cutting the insulation, because insulating coatings are applied to the bodies of connectors and terminals. . Insulating shells are generally made of heat-shrink or cold-shrink. A very important element of the implementation of connecting power cables is the appropriate tightening of the cable core to the connector body, which may result in improper breaking of the screw. In the event of an abnormal break, the edge of the bolt may protrude beyond the body, which may cut the insulation from thermo-shrink or cold-shrink and, as a result, cause failure of the transmission line. Improper pressure of the cable core to the connector body may cause the cable core to loosen, while too high pressure of the screw may cut the working wires of the cable.

Znane dotychczas rozwiązania nie gwarantują w pełni poprawnego zerwania śrub, tak aby zerwanie było na jednej linii z korpusem. Na ogół po zerwaniu śruby pozostaje ostra krawędź i stosu nkowo znacznie odsłonięty otwór technologiczny w śrubie. Ostra krawędź i otwór technologiczny w śrubie, będące wynikiem konstrukcji i sposobu jej zrywania negatywnie wpływają na eksploatację połączenia. Pozostawiona ostra krawędź oprócz wspomnianego powyżej niebezpieczeństwa uszkodzenia izolacji może być także przyczyną tzw. elektrody, wywołującej w otworze technologicznym wyładowania niezupełne, mające negatywny wpływ na izolacje, w szczególności przy napięciu przekraczającym 1 kV.The solutions known so far do not guarantee the correct breaking of the bolts, so that the break is in line with the body. In general, when the bolt breaks, a sharp edge remains and a relatively significantly exposed process hole in the bolt. The sharp edge and the technological hole in the bolt, resulting from the structure and the method of its breaking, negatively affect the operation of the connection. The left sharp edge, in addition to the above-mentioned risk of damaging the insulation, can also cause the so-called electrode, causing partial discharges in the technological well, having a negative impact on the insulation, in particular at a voltage exceeding 1 kV.

Istnieje możliwość dodatkowego dokręcenia śruby po nieprawidłowym zerwaniu poprzez dodatkowe gniazdo imbusowe. Może to jednak być przyczyną niekorzystnego wpływu na złącze, przejawiającego się w niewłaściwym odkształcaniu żyły kabla, szczególnie jeśli żyły będą wykonane z alum inium. Może wówczas dojść do wystąpienia zjawiska płynięcia metalu.There is a possibility of additional tightening of the bolt after incorrect breaking through an additional Allen socket. However, this may cause an adverse effect on the connector, manifested in improper deformation of the cable core, especially if the conductors are made of aluminum. Metal flow can then occur.

Zagrożenie wystąpienia takiego zjawiska, mającego wpływ na zachowanie przekroju prądowego kabla, może spowodować przegrzanie złącza. Przy długotrwałej eksploatacji zjawisko płynięcia metalu może być przyczyną awarii linii elektrycznej i w rezultacie powodować duże straty ekonomiczne.The risk of such a phenomenon, influencing the behavior of the cable's current cross-section, may cause the connector to overheat. With long-term operation, the phenomenon of metal flow can cause failure of the electric line and, as a result, cause large economic losses.

Celem rozwiązania, zgodnie z wynalazkiem, jest wyeliminowanie wszystkich dotychczasowych niedogodności, poprzez opracowanie konstrukcji śruby pozbawionej dotychczasowych wad.The object of the solution according to the invention is to eliminate all the disadvantages known to date, by providing a screw structure free from the disadvantages of the present invention.

Istotę wynalazku stanowi konstrukcja śruby zrywalnej, wykonanej z materiałów dobrze przewodzących prąd, takich jak mosiądz, aluminium, materiały kompozytowe.The essence of the invention is the construction of a shear bolt, made of materials that conduct electricity well, such as brass, aluminum, and composite materials.

Śruba zrywalna, zgodnie z wynalazkiem posiada cylindryczny korpus, którego zewnętrzna powierzchnia jest wyposażona w nacięcia tworzące drobnozwojny gwint. Grubości ścianek nacięć gwintu są tak dobrane, aby moment zrywania śruby był zawsze stały, niezależnie od wysokości jej wkręcania w korpus końcówki lub w korpus złączki za pomocą imbusowego lub nasadowego klucza. Po osiągnięciu odpowiedniej głębokości łeb śruby jest zrywany.The shear bolt according to the invention has a cylindrical body, the outer surface of which is provided with cuts forming a fine thread. The thickness of the walls of the thread cuts is selected so that the breaking torque of the bolt is always constant, regardless of the height of its screwing into the body of the tip or into the body of the connector using an Allen or socket wrench. After reaching the appropriate depth, the screw head is torn off.

Można uzyskać dodatkową regulację momentu zrywania śruby poprzez nacięcie drugiej linii śrubowej lewoskrętnej, tworzącej gwint drobnozwojowy w wewnętrznej części cylindra.Additional adjustment of the bolt breaking torque can be obtained by cutting a second left-hand helix forming a fine thread in the inner part of the cylinder.

Po przeciwnej stronie zrywanego łba śruby znajduje się dociskowy element z wklęsłością od strony zewnętrznej, którego zadaniem jest optymalne rozłożenie żył kabla w cylindrycznej części korpusu końcówki lub złączki śrubowej. Wewnątrz cylindrycznego korpusu śruby jest umieszczona kompozytowa wkładka, wykonana z materiału kompozytowego. Wkładka ta ma korzystnie postać plastrów ułożonych jeden na drugim lub postać trzpienia. Zadaniem kompozytowej wkładki jest zmniejszenie momentu tarcia dociskowego elementu i odwrócenie kierunku siły docisku na łeb śruby.On the opposite side of the shear bolt head there is a pressure element with a concave on the outside, whose task is to optimally distribute the cable strands in the cylindrical part of the terminal body or screw connector. Inside the cylindrical body of the bolt is a composite insert made of a composite material. The insert is preferably in the form of stacked patches or in the form of a mandrel. The task of the composite insert is to reduce the friction moment of the element and to reverse the direction of the clamping force on the screw head.

W realizacji wynalazku chodzi o to, aby siła docisku działała tylko na łeb śruby, nie wpływając na pozostałą część śruby przed jej zerwaniem.In an embodiment of the invention, the point is that the clamping force only acts on the bolt head without affecting the rest of the bolt before it breaks.

Proces zrywania śruby polega na wstępnym wkręceniu śruby w korpus końcówki lub złączki na długość umożliwiającą umieszczenie w korpusie odizolowanego kabla z żyłami. Po umieszczeniu w korpusie kabla z żyłami, na łbie śruby mocuje się klucz i obraca się dokonując obrotu, wywołując moment obrotowy. Korpus śruby przesuwa się, przez co znajdujący się po przeciwnej stronie łba śruby dociskowy element zaczyna dociskać kabel z żyłami. Dociskowy element ślizga się po ko mpozytowej wkładce, znajdującej się wewnątrz korpusu śruby. Odpowiednio dobrana grubość ko mpozytowej wkładki w początkowej fazie procesu dokręcania zapewnia, że gwintowana część korp usu śruby nie styka się z dociskowym elementem. To zapewnia, że dociskowy el ement pozostajeThe process of breaking the screw consists in initially screwing the screw into the body of the tip or connector to a length that allows for the insertion of an isolated cable with strands in the body. After placing the cable with the strands in the cable body, a wrench is attached to the screw head and rotated by turning, creating a torque. The screw body moves, so that the pressure piece on the opposite side of the screw head begins to press against the cable with the strands. The pressure piece slides over a com posite insert inside the bolt body. The appropriately selected thickness of the composite insert at the beginning of the tightening process ensures that the threaded part of the casing removed from the bolt does not come into contact with the pressure element. This ensures that the pressing element remains

PL 228 013 B1 nieruchomy względem korpusu śruby. Ruch łba śruby nie ma wpływu na odkształcenie plastyczne żył kabla. Kompozytowa wkładka odwraca kierunek siły dociskowej na łeb śruby. Odwrócenie ki erunku siły dociskowej w połączeniu z momentem wkręcania oraz siłą poprzeczną, ścinającą, pochodzącą od momentu wkręcania powoduje płynne oderwanie łba śruby od gwintowanej cylindrycznej części. Część kompozytowej wkładki odrywa się wraz z łbem śruby od pozostałej części, zapewni ając, że po zerwaniu łba nie tworzy się otwór lecz zlicowana powierzchnia. Chroni to łącza przed wyładowaniami niezupełnymi. Ponadto dodatkowo usztywnia śrubę umieszczoną w korpusie końcówki lub złączki.PL 228 013 B1 fixed to the bolt body. Movement of the screw head does not affect the plastic deformation of the cable cores. The composite insert reverses the direction of the clamping force onto the screw head. The reversal of the pressure force, combined with the screwing-in torque and the transverse shear force from the screwing-in moment, smoothly tears the screw head away from the threaded cylindrical part. A portion of the composite insert tears with the screw head from the remainder, ensuring that, after breaking the head, not a hole but a flush surface is formed. This protects the links against partial discharges. In addition, it additionally stiffens the bolt located in the body of the tip or connector.

Realizacja rozwiązania, zgodnie z wynalazkiem umożliwia prawidłowe zerwanie łba śruby, zapewniając zlicowanie powierzchni pozostałej części śruby z powierzchnią korpusu końcówki lub złąc zki. Zastosowanie kompozytowego elementu pozwala wyeliminować zjawisko wyładowań niezupełnych, a ponadto uzyskać prawidłowy docisk dociskowego elementu, co zapewnia optymalne rozłożenie żył kabla w korpusie końcówki lub złączki. Dzięki zastosowaniu kompozytowego elementu jest możliwe wykorzystanie momentu skręcającego, siły poprzecznej ścinającej, pochodzącej od tego momentu oraz uzyskanie odwróconego kierunku siły.The implementation of the solution in accordance with the invention enables the screw head to be properly broken, ensuring that the surface of the remaining part of the screw is flush with the surface of the tip body or the joint. The use of a composite element allows to eliminate the phenomenon of partial discharges, and also to obtain the correct pressure of the pressure element, which ensures optimal distribution of cable wires in the terminal or connector body. Due to the use of a composite element, it is possible to use the torsional moment, shear force from this moment and to obtain the reverse direction of the force.

Należy wspomnieć, że użycie dociskowego elementu podczas dokręcania śruby w korpusie, daje możliwość wyeliminowania zjawiska tarcia tego elementu o żyły kabla, co w rezultacie zmniejsza ryzyko ich uszkodzenia. Moment tarcia jest przenoszony na kom pozytowy element, a dzięki temu, że współczynnik tarcia jest bardzo mały, to korzystnie wpływa na całkowity moment dokręcania śruby. Redukcja momentu tarcia wpływa korzystnie także na pracę montera, czyniąc ją lżejszą, nie wymagającą użycia tak dużej siły jak poprzednio. Realizacja wynalazku pozwala ponadto uzyskać mniejszy współczynnik tarcia bez potrzeby smarowania ruchomych części złącz.It should be mentioned that the use of a pressure element while tightening the bolt in the body makes it possible to eliminate the phenomenon of friction of this element against the cable conductors, which in turn reduces the risk of their damage. The frictional moment is transferred to the composite element, and due to the fact that the friction coefficient is very low, this has a positive effect on the total tightening torque of the bolt. The reduction of the frictional moment also positively influences the work of the fitter, making it lighter, not requiring the use of as much force as before. The implementation of the invention also allows to obtain a lower friction coefficient without the need to lubricate the moving parts of the joints.

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 - pokazuje śrubę w przekroju poprzecznym, fig. 2 - uwidacznia śrubę w widoku ogólnym, fig. 3 - prezentuje korpus końcówki w przekroju poprzecznym wraz z umieszczoną w nim śrubą, fig. 4 - ilustruje śrubę w przekroju poprzecznym, fig. 5 - przedstawia śrubę w widoku ogólnym, natomiast fig. 6 - korpus złączki w przekroju poprzecznym z umieszczoną w nim śrubą.The subject of the invention is explained in the embodiment in the attached drawing, in which fig. 1 - shows the screw in cross-section, fig. 2 - shows the screw in a general view, fig. 3 - shows the body of the tip in cross-section with the screw inserted therein, Fig. 4 shows the screw in cross section, fig. 5 - shows the screw in general view, and fig. 6 shows the body of the coupling in cross section with the screw inserted therein.

Śruba zrywalna, zgodnie z wynalazkiem posiada cylindryczny korpus 1, którego zewnętrzna powierzchnia jest wyposażona w nacięcia 2 tworzące drobnozwojny gwint. Grubości ścianek 3 części cylindrycznej zostały tak dobrane, aby moment zrywania śruby był zawsze stały, niezależnie od wys okości jej wkręcania w korpus końcówki 4 lub w korpus złączki 4' za pomocą imbusowego lub nasadowego klucza, a po osiągnięciu odpowiedniej głębokości jej łeb 5 jest zrywany. Po przeciwnej stronie zrywanego łba 5 śruby znajduje się dociskowy element 6 z wklęsłością od strony zewnętrznej, którego zadaniem jest optymalne rozłożenie żył 7 kabla w cylindrycznej części 8 korpusu końcówki 4 lub złączki śrubowej 4'. Wewnątrz cylindrycznego korpusu 1 śruby jest umieszczona kompozytowa wkładka 9, wykonana z materiału kompozytowego. Kompozytowa wkładka 9 ma postać plastrów ułożonych jeden na drugim lub trzpienia. Ma ona za zadanie zmniejszenie momentu tarcia dociskowego elementu 6 i odwrócenie kierunku siły docisku na łeb 5 śruby.The shear bolt according to the invention has a cylindrical body 1, the outer surface of which is provided with cuts 2 forming a fine thread. The wall thicknesses 3 of the cylindrical part have been selected so that the breaking torque of the bolt is always constant, regardless of how far it is screwed into the body of the end piece 4 or into the body of the connector 4 'by means of an Allen or socket wrench, and after reaching the appropriate depth its head 5 is torn off . On the opposite side of the shear bolt head 5 there is a pressure piece 6 with a concave on the outside, which has the function of optimally distributing the wires 7 of the cable in the cylindrical part 8 of the terminal body 4 or the screw connection 4 '. Inside the cylindrical body 1 of the bolt is a composite insert 9 made of a composite material. The composite insert 9 is in the form of stacked patches or a mandrel. Its task is to reduce the moment of friction of the pressing element 6 and to reverse the direction of the pressing force on the head 5 of the screw.

W realizacji wynalazku chodzi o to, aby siła docisku działała tylko na łeb 5 śruby, nie wywołując wpływu na pozostałą część śruby przed jej zerwaniem.In an embodiment of the invention, the point is that the clamping force acts only on the bolt head 5 without affecting the rest of the bolt before it breaks.

Proces zrywania śruby polega na wstępnym wkręceniu śruby w korpus końcówki 4 lub złączki 4' na długość umożliwiającą umieszczenie odizolowanego kabla z żyłami 7. Po umieszczeniu w korpusie kabla z żyłami 7, na łbie śruby 5 mocuje się klucz i obraca się dokonując obrotu, przez co wywołuje się moment obrotowy. Korpus 1 śruby przesuwa się, przez co znajdujący się po przeciwnej stronie łba 5 śruby dociskowy element 6 zaczyna dociskać kabel z żyłami 7. Dociskowy element 6 ślizga się po kompozytowej wkładce 9, znajdującej się wewnątrz korpusu 1 śruby. Odpowiednio dobrana grubość warstwy dociskowego elementu 6 w początkowej fazie procesu, zapewnia że gwintowana część korpusu 1 śruby nie styka się z dociskowym elementem 6, przez co dociskowy element 6 pozostaje nieruchomy względem korpusu 1 śruby. Ruch łba 5 śruby nie ma wpływu na odkształcenie plastyczne żył 7 kabla. Kompozytowa wkładka 9 odwraca kierunek siły dociskowej na łeb 5 śruby. Odwrócenie kierunku siły dociskowej w połączeniu z momentem wkręcania oraz siłą poprzeczną, ścinającą, pochodzącą od momentu wkręcania powoduje płynne oderwanie łba 5 śruby od gwintowanej cylindrycznej części 1. Część kompozytowej wkładki 9 odrywa się wraz z łbem 5 śruby od pozostałej części, co powoduje, że po zerwaniu łba 5 nie pozostaje otwór lecz zlicowana powierzchnia. Chroni to łączę przed wyładowaniami niezupełnymi. Ponadto dodatkowo usztywnia śrubę umieszczoną w korpusie końcówki 4 lub złączki 4'.The process of breaking the screw consists in pre-screwing the screw into the body of the end piece 4 or the connector 4 'to the length that allows for the placement of the stripped cable with the strands 7. After inserting the cable with the strands 7 in the body of the cable, a wrench is attached to the head of the bolt 5 and rotated by turning it. torque is developed. The screw body 1 slides so that the pressure piece 6 on the opposite side of the screw head 5 begins to press against the cable with strands 7. The pressure piece 6 slides over the composite insert 9 inside the screw body 1. The appropriately selected layer thickness of the pressure element 6 at the beginning of the process ensures that the threaded part of the body 1 of the bolt does not come into contact with the pressure element 6, so that the pressure element 6 remains stationary in relation to the body 1 of the bolt. Movement of the screw head 5 has no effect on the plastic deformation of the cable wires 7. The composite insert 9 reverses the direction of the thrust force onto the head 5 of the screw. Reversing the direction of the clamping force, combined with the screwing-in torque and the shear force from the screwing-in torque, causes the head 5 of the screw to tear smoothly away from the threaded cylindrical part 1. Part of the composite insert 9 with the screw head 5 detaches from the rest after breaking the head 5, no hole remains, but a flush surface. This protects the link against partial discharges. Moreover, it additionally stiffens the bolt placed in the body of the tip 4 or the connector 4 '.

Claims

1. Shear bolt, equipped with a cylindrical body, with an external surface with cuts forming threads and a pressure element on the opposite side of the tear-off head, characterized in that a composite insert (9) and an adjoining pressure element are placed inside the cylindrical body (1) of the bolt element (6) with a concave on the side that is pressed to the wires (7) of the cable.

2. The screw according to claim 1 The composite insert (9) is made of a composite material and is preferably in the form of stacked patches or a mandrel.

3. The screw according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the cuts on the outer surface of the body (1) form a fine thread.