ES2306246T3

ES2306246T3 - Cuerpo enroscable autoterrajante.

Info

Publication number: ES2306246T3
Application number: ES05808159T
Authority: ES
Inventors: Gerd Hormansdorfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2008-11-01
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: WO2006050708A3; JP4686548B2; PL1816986T3; US8206454B2; PT1816986E; EP1816986B1; ATE389372T1; DE112005003393A5; DE502005003393D1; DE102004057709A1; US20080025817A1; AU2005304158A1; WO2006050708A2; AU2005304158B2; EP1816986A2; JP2008519216A

Abstract

Cuerpo (9) enroscable con una rosca (11, 12, 13, 14) autoterrajante estando subdividido un hilo (11, 12, 13, 14) corrido de la rosca con al menos una ranura (16) para viruta en dientes de rosca y con al menos una superficie envolvente no lineal situada en una zona parcial de la extensión de la rosca, estando volcado el perfil del diente de la rosca en el sentido de avance, caracterizado porque la ranura (16) para viruta corta los dientes de la rosca bajo un ángulo (alfa), que se extiende en sentido opuesto a la dirección del ángulo de paso de la rosca (11, 12, 13, 14).

Description

Cuerpo enroscable autoterrajante.

El invento se refiere a un cuerpo enroscable con una rosca autoterrajante estando subdividido un hilo de la rosca con al menos una ranura para viruta en dientes de rosca y con al menos una superficie envolvente no lineal situada en una zona parcial de la extensión de la rosca, estando volcado el perfil del diente de la rosca en el sentido de avance.

Las roscas están muy difundidas como elementos de construcción en la construcción general de máquinas. Las roscas poseen usualmente forma cilíndrica. También se utilizan roscas cónicas, por ejemplo para las tuberías de las explotaciones petrolíferas. Se conoce una gran cantidad de perfiles distintos de las roscas definidos en las normas. Usualmente el perfil de la rosca no varía a lo largo de una pieza, es decir, que el principio de la rosca es idéntico con el final de la rosca. Sin embargo, cabe imaginar excepciones en las que podría ser ventajoso, que al menos una configuración de la forma compuesta por el fondo de la rosca y el diente de la rosca varíe de manera continua en una parte de la rosca, por ejemplo para facilitar la introducción de la rosca de un tornillo en la rosca de una tuerca.

Las relaciones geométricas especiales relacionadas con la rosca surgen, sobre todo, en las roscas sobre superficies curvas, como las que se producen en especial en las cavidades cotiloideas artificiales. En este caso se conocen para la forma de la envolvente del cuerpo de la cavidad, por ejemplo, geometrías hipoesféricas, semiesféricas o hiperesféricas, conoesféricas, parabólicas, toroidales, elípticas y otras. En los procedimientos de mecanización con arranque de viruta para la fabricación de estas cavidades enroscables surgen forzosamente en parte deformaciones del perfil de la rosca, que varían de manera continua y que en la mayoría de los casos no son intencionadas ni deseadas. En especial en la utilización de dientes de la rosca con flancos asimétricos (el correspondiente ángulo lateral del diente de la rosca) surge el fenómeno de que según el sentido de vuelco del diente de la rosca resultante, la altura del diente aumenta, respectivamente disminuye de manera continua desde el ecuador de la cavidad en la dirección hacia el polo de la cavidad, de donde resultan en el principio de la rosca próximo al polo dientes de rosca demasiado grandes o casi nulos. Los dientes de la rosca extremadamente grandes conducen en el primer caso a que se necesiten fuerzas muy grandes para el enroscado de la cavidad, respectivamente, que el implante no se pueda enroscar hasta el contacto completo con el hueso. En el segundo caso sólo se podrá obtener una fijación primaria muy débil. En ambos casos existe el peligro de que el implante se afloje, lo que tendría como consecuencia una operación repetida del paciente.

Otro problema de los cuerpos enroscables con superficie envolvente curvada reside en el hecho de que los diferentes dientes de la rosca no se enrosquen -como se admite con frecuencia- al enroscarlos en una cavidad correspondientemente preparada al mismo tiempo o incluso con el principio de la rosca situado en el sentido de enroscado. Por el contrario, por ejemplo en el caso de cavidades esféricas de la cavidad cotiloidea con cuatro filas de hilos de rosca, la segunda fila, vista desde el ecuador, se clava en primer lugar seguida de la primera y de la tercera fila. Sólo después de que las tres filas mencionadas se hayan enroscado ampliamente, la cuarta fila entra en contacto con la cavidad. Dado que los dientes de la primera a la tercera fila son guiados forzosamente en la ranura terrajada, la cuarta fila de la rosca es obligada desde el punto de vista de su sentido de penetración. En el caso de un perfil del diente de la rosca volcado se produce entonces un empuje desplazado hacia un lado del perfil del diente de la rosca.

A través de los modelos de cálculo con elementos finitos se sabe, que es posible obtener una transmisión favorable de los esfuerzos entre el implante y el apoyo óseo por medio de un sobrevuelco del diente de la rosca hacia el polo de la cavidad. Esto resulta de la posición en el espacio del vector principal del esfuerzo durante el apoyo del talón durante el ciclo del movimiento de andar y de la posición relativa de la cavidad de la cavidad cotiloidea implantada. Cuando el perfil del diente de la rosca se vuelca correspondientemente en la dirección hacia el polo de la cavidad y el sentido de giro de la ranura para la viruta se corresponde, como es usual, con el sentido de giro de la rosca, no es posible, que el canto de corte formado entre el diente de la rosca y la ranura para la viruta formado unilateralmente en la dirección hacia el polo de la cavidad produzca efecto alguno. La consecuencia de este problema es un valor indeseadamente alto del par de giro de enroscado.

Las circunstancias expuestas más arriba son al menos en parte objeto de la patente europea EP 0 898 470 y por lo tanto conocidas de una manera general en el marco divulgado. En este documento se propone, que para la obtención de una determinada forma del perfil de la rosca se construya la rosca con una variación correspondientemente adaptada del paso de tal manera, que para todos los dientes de la rosca de del hilo de la rosca resulte una dirección de empuje idéntica durante el proceso de enroscado. Esta configuración es utilizada ya con éxito en la técnica medicinal en las cavidades cotiloideas artificiales. Los derechos de protección de la correspondiente familia de patentes son utilizados de manera exclusiva por un fabricante. Sin embargo, para la fabricación torneada de un cuerpo enroscable de esta clase se necesita un torno, cuyo mando CNC admita la programación de un paso variable de la rosca.

Por ello surgió el problema de crear cuerpos enroscables (por ejemplo con la forma de cavidades cotiloideas), que también se puedan fabricar con arranque de viruta en máquinas CNC antiguas o no equipadas correspondientemente, respectivamente alternativas, con una rosca situada al menos en una zona parcial sobre una superficie curvada o acodada con ángulos asimétricos de los flancos parciales del diente de la rosca y con un par de giro de enroscado reducido con relación a los cuerpos enroscables convencionales.

En un cuerpo enroscable con una rosca autoterrajante, estando subdividido el hilo corrido de la rosca en dientes de rosca por al menos una ranura para la viruta y con al menos una superficie envolvente no lineal situada en una zona parcial de la extensión de la rosca y estando volcado el diente de la rosca en el sentido de avance, se soluciona este problema según el invento por el hecho de que la ranura para viruta corta los dientes de la rosca bajo un ángulo, que se extiende en sentido contrario al sentido del ángulo del paso de la rosca.

En el cuerpo enroscable según el invento se desplaza el canto de corte formado entre la ranura para viruta y el diente de la rosca hacia el lado del diente de la rosca opuesto al sentido de avance, respectivamente la dirección de inclinación o de torsión de la ranura para viruta se extiende en sentido contrario al sentido de torsión de la rosca y el ángulo de torsión de la ranura para viruta es mayor que el ángulo del paso de la rosca. Una configuración de esta clase es ventajosa para determinadas aplicaciones, ya que con ella se reducen de manera manifiesta las fuerzas necesarias para el enroscado sin efectos negativos en las restantes propiedades.

La ranura para viruta se extiende con preferencia oblicuamente en el cuerpo enroscable. En otra forma de ejecución preferida del invento se provee la ranura para viruta de una torsión. El canto de corte está dispuesto de manera favorable en el flanco del cuerpo enroscable trasero orientado hacia el ecuador. Además, es ventajoso, que el ángulo de torsión, respectivamente el ángulo de inclinación sea mayor que el ángulo del paso de la rosca. En otro perfeccionamiento del invento se realiza el cuerpo enroscable como implante y en otra forma de ejecución preferida se realiza como cavidad cotiloidea artificial.

El estándar son, en el ámbito de la técnica, las roscas a la derecha. Las roscas a la izquierda están reservadas para aplicaciones especiales, por ejemplo, cuando se puede prever un aflojamiento de la unión roscada en el caso de un esfuerzo de torsión orientado en el sentido correspondiente. De acuerdo con ello está generalmente arraigado, que una unión roscada se aprieta girando a la derecha y se afloja a la izquierda. Todas las tapas con rosca y todas las caperuzas con rosca están configuradas de esta manera, incluso, por ejemplo, los tornillos autoterrajantes. En los cuerpos enroscables, por ejemplo las cavidades cotiloideas artificiales, sucede lo mismo. Si los cuerpos enroscables se diseñan autoterrajantes por medio de ranuras para viruta, estas ranuras para viruta se extienden con frecuencia de manera neutral, es decir con un ángulo de torsión de cero grados. La sección transversal del correspondiente diente de la rosca forma entonces una superficie de corte ligeramente positiva a consecuencia del ángulo del paso de la rosca. Algunos tornillos para chapa autoterrajantes poseen ranuras para viruta torsionadas ligeramente hacia la izquierda o que se extienden ligeramente en sentido oblicuo hacia la izquierda, que, sin embargo, sólo compensan el ángulo de paso de la rosca y están posicionadas de manera neutral con su superficie de corte. Las ranuras para viruta torsionadas hacia la izquierda se conocen por ejemplo en los machos de roscar, que en el roscado pasante deben evacuar hacia abajo la viruta producida durante el terrajado.

En las cavidades cotiloideas artificiales se conocen exclusivamente roscas a la derecha. Los dientes de la rosca son en la mayoría de los productos verticales con relación al eje de la cavidad. Cuando estas cavidades para cavidades cotiloideas poseen un contorno curvo o acodado de la envolvente, ranuras para viruta, que se extienden en línea recta, y un paso constante de la rosca, se reparten de manera uniforme, al menos en teoría, las fuerzas durante el proceso de enroscado en las superficies de corte formadas por las ranuras para viruta en los dientes de la rosca y sus cantos de corte, que se hallan en una posición más o menos neutral. A consecuencia de la fuerza de presión (estimada en aproximadamente 50 a 100 N) ejercida por el operador en la dirección axial, la fuerza de corte se desplaza, sin embargo, hacia el canto de corte situado hacia el polo del diente de la rosca. En este caso es muy conveniente, que este lado se configure con un canto de corte con ángulo de corte positivo, ya que con ello se puede reducir de manera manifiesta la fuerza necesaria para el enroscado. Esto se puede realizar de manera sencilla con una ranura para viruta torsionada a derecha con un ángulo de torsión grande.

Hasta el presente se hallan en el mercado tres cavidades cotiloideas artificiales con ranura para viruta dirigida hacia la izquierda, con superficie envolvente curva y con diente de la rosca en posición neutral. Estas son el modelo MC de la firma Brehm, el modelo MT de la firma Zimmer y el modelo PAC de la firma DePuy. En la primera, el ángulo de inclinación es 15º y en las otras dos 10º. El ángulo de viruta del canto de corte principal es entonces romo (designación técnica "negativo") y da lugar por ello a un procedimiento de corte, que se agarrota de manera desfavorable, granuloso y no aceptable en su conjunto.

La situación es totalmente distinta, cuando el perfil del diente de la rosca está inclinado hacia el polo en el caso de una superficie envolvente curvada y de un paso constante de la rosca. La solicitante comprobó, que en este caso el flanco del lado del polo del diente se desliza durante el proceso de enroscado casi sin avance a lo largo de una superficie de corte, mientras que el flanco del lado del ecuador es avanzado en el material macizo alejándose radialmente del eje de la cavidad. Si se dota el último flanco por medio de una torsión a izquierda por una inclinación hacia la izquierda de la ranura para viruta, respectivamente, por medio de un ángulo de torsión o de inclinación opuesto al ángulo de paso de la rosca con cantos de corte con ángulo de arranque de viruta positivo o muy positivo, se reduce de manera muy manifiesta la fuerza necesaria para el enroscado. El corte, realizado con pruebas de enroscado en un material expandido duro apropiado, es entonces liso, sin mellas en el borde y sin la aparición de una granulación. Además, la impresión táctil es incrementada de tal modo, que el punto de asiento del implante puede ser detectado sin
dificultad.

Para facilitar la comprensión se describirá el invento en lo que sigue con detalle por medio de las dos figuras del dibujo. Como ejemplo esquemático de un cuerpo enroscable con superficie envolvente curvada se recurrió siempre a una cavidad cotiloidea representada de manera simplificada. La figura 1 muestra una cavidad cotiloidea artificial con rosca según el estado de la técnica. En la figura 2 se representa una cavidad según el invento para cavidades cotiloideas con un perfil del diente de la rosca volcado hacia el polo de la cavidad y con ángulo de inclinación negativo de la ranura para viruta.

La figura 1 muestra a una escala ligeramente ampliada la representación esquemática de una cavidad 1 cotiloidea artificial según el estado de la técnica. El ejemplo representado posee un contorno esférico de la envolvente curvada de la cavidad. Se pueden ver cuatro hilos 3, 4, 5 y 6 de diente corridos interrumpidos por una sola ranura para viruta. Las otras ranuras para viruta no se representaron por razones de claridad. El eje central de la cavidad cotiloidea se representa con una línea 2 de punto y raya y el centro de la ranura para viruta se representa con una línea 7 de punto y raya. Entre los dos forman el ángulo \alpha de inclinación El ángulo de inclinación equivale desde el punto de vista de su valor angular al ángulo del paso de la rosca, de manera, que los cantos de corte formados en los dientes de la rosca son, con relación al sentido de avance durante el enroscado, transversales con relación a la extensión de los hilos de la rosca y, por lo tanto, neutrales.

En la figura 2 se representa una cavidad 9 cotiloidea artificial del mismo tamaño y forma. Como anteriormente, sólo se representó una ranura 14 para viruta por razones de claridad. También se prescindió de la representación de una torsión a causa de la complejidad gráfica. La rosca formada por cuatro hilos 11, 12, 13 y 14 posee un perfil de diente asimétrico inclinado hacia el polo de la cavidad. Este sentido de vuelco da lugar -como se expuso más arriba- a una igualación de las fuerzas a transmitir entre el implante y el apoyo óseo. El ángulo de la ranura para viruta es opuesto al paso de la rosca. Con su línea central 15 representada con líneas de punto y raya forma con el eje 10 de la cavidad cotiloidea un ángulo \alpha de 45º. Los cantos de corte formados en los hilos de la rosca se hallan ahora en el dorso de los hilos de la rosca en los flancos de los dientes de la rosca orientados hacia el ecuador de la cavidad y poseen, debido a las ranuras para viruta, que se extienden con gran inclinación, un ángulo de arranque de viruta muy positivo. A consecuencia del emplazamiento, más favorable frente al estado de la técnica, de los cantos de corte se manifiestan estos plenamente en combinación con el ángulo de arranque de viruta positivo y dan lugar así a una reducción manifiesta del par de enroscado y al mismo tiempo a un aumento de la reserva pasado de rosca.

Con el invento se crea, por lo tanto, un cuerpo enroscable con rosca autoterrajante con una superficie envolvente curvada y/o acodada situada en la zona de la rosca y con un perfil del diente de la rosca volcado en la dirección de enroscado, que, debido al sentido de inclinación o de torsión de la ranura para viruta opuesto al sentido de torsión de la rosca, posee propiedades de enroscado y de pasado de rosca manifiestamente mejoradas y del que cabe esperar una reducción de la tasa de aflojamiento. El cuerpo enroscable según el invento puede ser fabricado sin problemas técnicos y sin un mayor coste en tiempo.

Claims

1. Cuerpo (9) enroscable con una rosca (11, 12, 13, 14) autoterrajante estando subdividido un hilo (11, 12, 13, 14) corrido de la rosca con al menos una ranura (16) para viruta en dientes de rosca y con al menos una superficie envolvente no lineal situada en una zona parcial de la extensión de la rosca, estando volcado el perfil del diente de la rosca en el sentido de avance, caracterizado porque la ranura (16) para viruta corta los dientes de la rosca bajo un ángulo (\alpha), que se extiende en sentido opuesto a la dirección del ángulo de paso de la rosca (11, 12, 13, 14).

2. Cuerpo (9) enroscable según la reivindicación 1, caracterizado porque la ranura (16) para viruta se extiende en sentido oblicuo.

3. Cuerpo (9) enroscable según la reivindicación 1, caracterizado porque la ranura (16) para viruta posee una torsión.

4. Cuerpo (9) enroscable según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el cuerpo (9) enroscable posee un canto de corte dispuesto en el flanco trasero, orientado hacia el ecuador, del cuerpo (9) enroscable.

5. Cuerpo (9) enroscable según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el ángulo de torsión es mayor que el ángulo de paso de la rosca (11, 12, 13, 14).

6. Cuerpo (9) enroscable según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo (9) enroscable se realiza como implante.

7. Cuerpo (9) enroscable según la reivindicación 6, caracterizado porque el cuerpo (9) enroscable se realiza como cavidad cotiloidea artificial.