WO2010130854A1 - Sistema de unión desmontable de piezas de gran espesor - Google Patents

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Alberto BALSA GONZÁLEZ
José Gregorio INIESTA MENÉNDEZ
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Airbus Operations, S.L.
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    • F16B5/0275—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of fastening members using screw-thread the screw-threaded element having at least two axially separated threaded portions
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Definitions

  • the present invention refers to a removable joint system of thick pieces in which at least two overlapping pieces to be joined which are in contact with one of their faces , so that we only have access to the joining system through one of the free faces of one of the pieces, while we have no access to the joining system through the free face of the other piece.
  • the object of the invention is to achieve a totally reliable connection between the two superimposed pieces in question in order to prevent said parts from separating relatively from each other, achieving this objective by means of the characteristic joining system.
  • the invention proposes a removable joining system of thick pieces in which two parts to be joined (lower and upper) are in contact between if by one of its faces, so that once the union is made, access to the union system is accessed by one of the free faces of one of the pieces (upper) while there is no access to said union by the free face of the other even piece (lower).
  • the joint system starts from a bolt with threaded end portions, one of which is coupled in a threaded blind hole of the lower part, said bolt being immobilized in that thread thanks to an annular extension that incorporates it and especially thanks to a characteristic elastic washer that is sandwiched between that annular extension and the inner face of the lower part, this inner face on which the threaded blind hole has been made, said elastic washer being the element that will prevent the bolt from being unscrewed .
  • the annular extension separates an upper and lower section of the bolt.
  • the lower branch comprises a narrow portion corresponding to the location of the washer and the threaded portion to engage in the blind hole of the lower part.
  • the upper section comprises a length that exceeds the thickness of the upper part and includes an extreme threaded portion, so that the upper section of the bolt will be housed in a through hole of the upper part, finally securing the connection by means of a self-braking nut coupled to the end threading of the upper section of said bolt, while said nut will press against the free face of the upper part, thus ensuring a stable and secure connection between both parts.
  • the characteristic elastic washer is a somewhat special piece that, once installed in the system of the invention, exerts an additional pressure and thrust in the axial direction between both threaded couplings, so as to counteract any load or vibration that can cause that bolt to loosen.
  • the elastic washer has a specific geometry characteristic and is made of a material that always works in an elastic regime (which does not suffer plastic deformations in the range of stresses to which it will be subjected). Depending on each case it can be a metallic material and even a plastic material.
  • the washer in question is installed, it is placed on top of the part that we want to join and we install a self-braking nut through the upper threaded portion of the bolt through which we have access, as previously mentioned.
  • the washer can be provided in a certain geometry that increases friction in the joint area and avoids the rotation of the bolt.
  • This geometry can consist in making the part in contact with the bolt rough to increase the resistance to rotation, and on the other hand, generate grimaces or teeth in the washer pins that are stuck in the piece to be joined and also contribute to avoid the rotation of the bolt.
  • This joining procedure also allows us to know in a certain way the tightening torque that we are giving to the bolt when we install it in the lower part.
  • the washer itself will allow us to control the tightening torque.
  • Figure 1. It shows an exploded view of the removable joint system of very thick pieces, object of the invention. It incorporates a characteristic piece as an elastic washer that together with a self-locking nut ensures the immobilization of the system of the invention.
  • Figure 2. Shows a sectional view of the connection system of the invention in assembled position.
  • FIGS 3 and 4.- They show perspective views of the characteristic parts as an elastic washers mentioned above.
  • the detachable joining system of the thick pieces is intended to join two pieces, one upper 1 and one lower 2 that are in direct contact by respective internal faces 3 and 4 of those two pieces 1 and 2 so that a blind hole 5 has been made on the inner face 4 of the lower part 2, provided with a thread for coupling a first threaded end portion 6 of a bolt 7 with interposition of a characteristic elastic washer 8 that contacts against that internal face 4 of the lower part 2 and also contacts on an annular extension 9 integral with the bolt 7 itself, thus ensuring the immobilization of the bolt 7 on the lower part 2.
  • the annular extension 9 separates a lower section 10 corresponding to the lower part 2 and an upper section 11 corresponding to the upper part 1.
  • the elastic washer 8 is coupled to the bolt 7 in correspondence with a short intermediate portion 12 of the bolt 7 limited between the annular extension 9 and the beginning of the first threaded end portion 6.
  • the upper part 1 incorporates at least one through hole 13 where the upper section 11 of the bolt 7 is housed, this section incorporating a second threaded end portion 14 of the bolt 7 protruding from the free face of the upper part 1 , a self-braking nut 15, which will press against the free face of the upper part 1, engaging in this threaded portion 14, thus ensuring a correct immovable union of both parts 1 and 2.
  • the elastic washer 8 has a characteristic structure comprising a centered annular body 16 that limits a central hole 17 through which the bolt 7 is introduced and inclined radial fins 18 pointing downwards, supporting the outermost free edges of the 18 on the inner face 4 of the lower part 2, while the annular extension 9 of the bolt 7 rests on the upper surface of the annular body 16 of the spring washer 8.
  • That upper surface of the washer 8 that is in contact with the annular extension 9 can incorporate a rough surface, defined for example by a triangular wave-shaped profile 19, thereby achieving a more reliable pin 7 immobilization, preventing rotation of the same in the sense of loosening up.
  • the radial fins 18 can also incorporate teeth or notches 20 that allow a more reliable grip of the elastic washer 8 on the inner face 4 of the lower part 2.
  • the elastic washer 8 maintains its elasticity and therefore maintains its thrust and pressure in the axial direction to ensure the immobilization of the bolt 7 before possible vibrations and other external effects tending to loosen the bolt 7.
  • the inner face 3 of the upper part 1 incorporates a recess or stepped and coaxial recess 21 to allow the housing of the annular extension 9 and the elastic washer 8.

Abstract

Está destinado para unir dos piezas (1 y 2) que están en contacto entre sí por sus respectivas caras internas (3 y 5 4), existiendo en una de ellas un orificio ciego roscado (5) donde se acopla una primera porción roscada extrema (6) de un bulón (7) que incluye una extensión anular (9) que limita el giro de apriete del bulón (7) con interposición de una característica arandela elástica (8) como medio para 10 inmovilizar el bulón (7) evitando que el mismo se afloje. La otra pieza cuenta con orificios pasantes (13) en correspondencia con cada uno de los cuales se aloja un tramo (11) del respectivo bulón (7), asomando por fuera de 15 dicha pieza una segunda porción roscada extrema (14) del bulón (7), porción ésta donde se acopla una tuerca autofrenable (15) que fija ambas piezas entre sí.

Description

SISTEMA DE UNIÓN DESMONTABLE DE PIEZAS DE GRAN ESPESOR
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de unión desmontable de piezas de gran espesor en el que se parte de al menos dos piezas superpuestas a unir que están en contacto por una de sus caras, de manera que sólo tenemos acceso al sistema de unión por una de las caras libres de una de las piezas, mientras que por la cara libre de la otra pieza pareja no tenemos acceso al sistema de unión.
Asi pues, el objeto de la invención es conseguir una unión totalmente fiable entre las dos piezas superpuestas en cuestión en orden a evitar que dichas piezas se separen relativamente entre si, alcanzando este objetivo mediante el caracteristico sistema de unión.
Es un sistema seguro que evita el que se pueda aflojar durante la vida útil de la unión.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Cuando se precisa unir dos o más piezas donde no se puede tener acceso a la parte interna del conjunto a montar, la solución más habitual es el uso de remaches de los llamados "de tirón" o "Jo-bolts", los cuales sólo necesitan acceso por una de las piezas a montar para poder ser instalados.
El problema surge cuando las piezas a unir tienen un espesor demasiado grande, ya que este tipo de remaches "de tirón" tienen una longitud limitada; y cuando las piezas a unir se quieren desmontar en un futuro, ya que estos remaches se consideran permanentes, ocurre que la única forma de extraerlos es mediante su rotura o taladrado, operaciones éstas que llevan aparejado un daño y deterioro de los alojamientos de los remaches.
Por otro lado, cabe señalar que en la actualidad existen arandelas cónicas para proporcionar esfuerzos permanentes en la dirección de los tornillos de apriete utilizados en la unión entre tuerca y tornillo con objeto de impedir pérdida de precarga en la misma.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, la invención propone un sistema de unión desmontable de piezas de gran espesor en el que se parte de dos piezas a unir (inferior y superior) que están en contacto entre si por una de sus caras, de manera que una vez realizada la unión, se tiene acceso al sistema de unión por una de las caras libres de una de las piezas (superior) mientras que no se tiene acceso a dicha unión por la cara libre de la otra pieza pareja (inferior).
Para ello, el sistema de unión parte de un bulón con porciones extremas roscadas, una de las cuales se acopla en un orificio ciego roscado de la pieza inferior, inmovilizándose dicho bulón en ese roscado gracias a una extensión anular que incorpora el mismo y sobre todo gracias a una característica arandela elástica que se intercala entre esa extensión anular y la cara interna de la pieza inferior, cara interna ésta sobre la cual se ha realizado el orificio ciego roscado, siendo dicha arandela elástica el elemento que evitará que se pueda desenroscar el bulón.
La extensión anular separa un tramo superior y otro inferior del bulón.
El ramo inferior comprende una estrecha porción correspondiente con la ubicación de la arandela y la porción roscada para acoplarse en el orificio ciego de la pieza inferior.
En cambio, el tramo superior comprende una longitud que supera el espesor de la pieza superior e incluye una porción roscada extrema, de manera que ese tramo superior del bulón se alojará en un orificio pasante de la pieza superior, asegurándose finalmente la unión mediante una tuerca autofrenable acoplada en el roscado extremo del tramo superior del citado de bulón, a la vez que dicha tuerca presionará contra la cara libre de la pieza superior, asegurándose asi un unión estable y segura entre ambas piezas.
Convencionalmente, una vez instalado el bulón sobre la pieza inferior sin la incorporación de la característica arandela elástica, montaríamos después la otra pieza superior sujetando el conjunto con la tuerca autofrenable sobre la porción roscada libre del bulón, asegurando sólo el extremo roscado del bulón correspondiente con la pieza superior, mientras que la unión roscada del bulón sobre el orificio ciego de la pieza inferior no estarla asegurado, de forma que mediante vibraciones o fuerzas a las que esté sometido el conjunto de las dos piezas unidas, dicha unión roscada sobre el orificio ciego podría aflojarse y provocar desajustes y holguras y por tanto un posible accidente.
En cambio, en la invención que nos ocupa, la característica arandela elástica es una pieza un tanto especial que una vez instalada en el sistema de la invención, ejerce una presión y empuje adicionales en dirección axial entre ambos acoplamientos roscados, de forma que contrarreste cualquier carga o vibración que pueda hacer que se afloje ese bulón.
Asi pues, la arandela elástica tiene una característica geometría determinada y es de un material que siempre trabaja en régimen elástico (que no sufre deformaciones plásticas en el rango de esfuerzos a los que se va a ver sometida) . Dependiendo de cada caso puede tratarse de un material metálico e incluso de un material plástico .
Su geometría especial hará que al deformar elásticamente la pieza, ésta tienda en todo momento a recuperar su forma inicial introduciendo la presión adicional que buscamos. - A -
En función del tipo de unión, cargas o esfuerzos, tipo de material elegido, etc; se puede jugar con el ángulo de la abertura de unas patillas que incorpora la arandela, el número de estas patillas, su geometría, etc. El caso es que la pieza constitutiva de la arandela se pueda deformar y en todo momento tienda a recuperar su forma inicial.
El apriete del bulón, deformará la pieza especial constitutiva de la arandela y evitará que ésta vuelva a tomar su forma inicial. Como la pieza especial constitutiva de la arandela es elástica, siempre querrá volver a su zona inicial, generando una fuerza de reacción sobre la parte central del bulón que evitará que éste se afloje en correspondencia con su acoplamiento en el orificio ciego.
Una vez instalada la arandela en cuestión se coloca encima de la parte que queremos unir e instalamos una tuerca autofrenable por la porción roscada superior del bulón por el cual tenemos acceso, tal como se ha referido anteriormente .
Por otro lado, en los casos en los que se necesita un presión adicional que la propia deformación de la arandela no fuera capaz de proporcionarnos, se puede dotar la arandela en cuestión de una geometría determinada que aumenta el rozamiento en la zona de unión y evite la rotación del bulón.
Esta geometría puede consistir en hacer rugosa la parte en contacto con el bulón para aumentar la resistencia al giro, y por otro lado, generar unas muecas o dentados en las patillas de la arandela que se clavan en la pieza a unir y también contribuyan a evitar el giro del bulón.
De esta forma podríamos conseguir una seguridad extra en la fijación del bulón, algo que no podemos conseguir con ninguna arandela cónica convencional.
Este procedimiento de unión además también nos permite conocer en cierta manera el par de apriete que estamos dando al bulón cuando lo instalamos en la pieza inferior. La propia arandela nos permitirá controlar el par de apriete .
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1.- Muestra una vista en explosión del sistema de unión desmontable de piezas de gran espesor, objeto de la invención. Incorpora una característica pieza a modo de arandela elástica que junto con una tuerca autofrenable asegura la inmovilización del sistema de la invención.
Figura 2.- Muestra una vista en sección del sistema de unión de la invención en posición montada.
Figuras 3 y 4.- Muestran unas vistas en perspectiva de las características piezas a modo de arandelas elásticas citadas anteriormente.
DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA
Considerando la numeración adoptada en las figuras, el sistema de unión desmontable de las piezas de gran espesor está destinado para unir dos piezas, una superior 1 y otra inferior 2 que están en contacto directo por respectivas caras internas 3 y 4 de esas dos piezas 1 y 2 de manera que sobre la cara interna 4 de al pieza inferior 2 se ha practicado un orificio ciego 5, provisto de un roscado para acoplar una primera porción roscada extrema 6 de un bulón 7 con interposición de una característica arandela elástica 8 que contacta contra esa cara interna 4 de la pieza inferior 2 y también contacta sobre una extensión anular 9 solidaria del propio bulón 7, asegurándose de esta forma la inmovilización del bulón 7 sobre la pieza inferior 2. Asi pues, la extensión anular 9 separa un tramo inferior 10 correspondiente con la pieza inferior 2 y un tramo superior 11 que corresponde con la pieza superior 1. La arandela elástica 8 se acopla al bulón 7 en correspondencia con una corta porción intermedia 12 del bulón 7 limitada entre la extensión anular 9 y el inicio de la primera porción roscada extrema 6.
Por otro lado, la pieza superior 1 incorpora al menos un orificio pasante 13 donde se aloja el tramo superior 11 del bulón 7, tramo éste que incorpora una segunda porción roscada extrema 14 del bulón 7 que sobresale por la cara libre de la pieza superior 1, acoplándose en esa porción roscada 14 una tuerca autofrenable 15 que presionará contra la cara libre de la pieza superior 1, asegurándose asi una unión correcta inamovible de ambas piezas 1 y 2.
Por otro lado la arandela elástica 8 tiene una característica estructura que comprende un cuerpo anular centrado 16 que limita un orificio central 17 por donde se introduce el bulón 7 y unas aletas radiales inclinadas 18 que apuntan hacia abajo, apoyando los bordes libres más exteriores de las mismas 18 sobre la cara interna 4 de la pieza inferior 2, mientras que la extensión anular 9 del bulón 7 apoya sobre la superficie superior del cuerpo anular 16 de la arandela elástica 8.
Esa superficie superior de la arandela 8 que está en contacto con la extensión anular 9 puede incorporar una superficie rugosa, definida por ejemplo por un perfil en forma de onda triangular 19, consiguiendo con ello una inmovilización del bulón 7 más fiable, evitando el giro del mismo en el sentido de aflojarse.
A su vez, las aletas radiales 18 pueden incorporar también unos dentados o muescas 20 que permiten un agarre más fiable de la arandela elástica 8 sobre la cara interna 4 de la pieza inferior 2.
Una vez inmovilizado el bulón 7, la arandela elástica 8 mantiene su elasticidad y por lo tanto mantiene su empuje y presión en dirección axial para asegurar la inmovilización del bulón 7 ante posibles vibraciones y otros efectos externos tendentes a aflojar el bulón 7. La cara interna 3 de la pieza superior 1 incorpora un rebaje o hueco escalonado y coaxial 21 para permitir el alojamiento de la extensión anular 9 y de la arandela elástica 8.
Las fuerzas de acción 23 y reacción 22 que se generan entre los filetes de rosca de la porción roscada extrema 6 del bulón 7 y el roscado del orificio ciego 5 debido a la presión axial ejercida por la arandela elástica 8, asegura el impedimento de la rotación del bulón 7 en el sentido de afloj arse .

Claims

REIVINDICACIONES
1.- SISTEMA DE UNIÓN DESMONTABLE DE PIEZAS DE GRAN ESPESOR, estando destinado para unir al menos una primera pieza y una segunda pieza, que están en contacto directo por respectivas caras internas de esas dos piezas citadas, existiendo en la primera de ellas, en correspondencia con su cara interna un orificio ciego roscado donde se acopla una primera porción roscada extrema de un bulón que incluye una extensión anular que limita el giro de apriete del bulón y que separa un primer tramo que incluye al menos la primera porción roscada y un segundo tramo que se introduce en un orificio pasante de la otra pieza pareja, por cuya cara libre sobresale una segunda porción roscada extrema de ese segundo tramo donde se acopla una tuerca autofrenable, definiéndose un espacio coaxial alrededor del bulón en correspondencia con las caras internas de ambas piezas a unir; caracterizado porque incorpora medios antigiro del bulón (7) en su acoplamiento roscado en el orificio ciego (5) de la primera pieza (2), consistiendo dichos medios en una pieza intermedia acoplada al bulón (7) y la cual está dispuesta entre la extensión anular (9) de ese bulón (7) y una porción de la cara interna (4) de esa primera pieza (2) .
2.- SISTEMA DE UNIÓN DESMONTABLE DE PIEZAS DE GRAN ESPESOR, según la reivindicación 1, caracterizado porque la pieza intermedia es una arandela elástica que comprende un cuerpo anular (16), sobre una de cuyas caras apoya la extensión anular (9) del bulón (7), arrancando del borde de dicho cuerpo anular (16) aletas radiales inclinadas (18) que asientan por sus bordes libres más exteriores sobre la cara interna de la primera pieza a unir (2) .
3.- SISTEMA DE UNIÓN DESMONTABLE DE PIEZAS DE GRAN ESPESOR, según la reivindicación 2, caracterizado porque la cara de contacto del cuerpo anular (16) de la arandela elástica (8) incorpora una superficie rugosa con un elevado grado de rozamiento contra la extensión anular (9) del bulón (7) .
4.- SISTEMA DE UNIÓN DESMONTABLE DE PIEZAS DE GRAN ESPESOR, según la reivindicación 3, caracterizado porque la superficie rugosa de la cara de contacto de la arandela elástica (8) presenta un fino perfil en forma de onda triangular .
5.- SISTEMA DE UNIÓN DESMONTABLE DE PIEZAS DE GRAN ESPESOR, según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el borde libre más exterior de las aletas radiales inclinadas (18) incorpora unas muescas o dentados (20) con mayor grado de agarre y rozamiento sobre la cara interna (4) de la primera pieza a unir (2) que incorpora el orificio ciego (5) .
6.- SISTEMA DE UNIÓN DESMONTABLE DE PIEZAS DE GRAN ESPESOR, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre la primera porción roscada (6) del bulón (7) y la extensión anular (9) de ese mismo bulón (7) existe una corta porción intermedia que se corresponde con la ubicación de la arandela elástica (8).
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