ES2348899B1 - Tornillo de apriete para conector electrico. - Google Patents
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Abstract
Tornillo de apriete para conector eléctrico de
conexión entre conductores de cables eléctricos que comprende un
cuerpo principal (2) con una cabeza (4) de apriete y un vástago (6)
con un tramo roscado (8). El tornillo según la invención además
comprende un elemento de contacto (10) con el conductor (32) en una
zona de presión (12), previsto en el extremo del vástago (6) opuesto
a la cabeza (4) de apriete. El elemento de contacto (10) es
giratorio respecto a dicho cuerpo principal (2), sobre una zona de
fricción (14) común y separada de dicha zona de presión (12).
Description
Tornillo de apriete para conector eléctrico.
La invención se refiere a un tornillo de apriete
para conector eléctrico de conexión entre conductores de cables de
distribución eléctrica que comprende un cuerpo principal con una
cabeza de apriete y un vástago con un tramo roscado.
Los cables de redes de distribución eléctrica se
conectan habitualmente mediante conectores eléctricos, a modo de
casquillo hueco, que presentan tornillos destinados a ejercer un
esfuerzo axial sobre el conductor del cable para realizar su
conexión.
A partir de los documentos ES 2281291 y ES
2283219 del propio solicitante son conocidos unos tornillos de
apriete para conectores eléctricos. Para realizar la conexión de un
conductor, el tornillo se enrosca en el correspondiente taladro
hasta que el extremo anterior del vástago roscado contacta con la
superficie del conductor. A partir de este momento se sigue
apretando el tornillo con una llave y a través del mismo, se ejerce
un esfuerzo axial sobre el conductor. Debido a la configuración de
la cabeza del tornillo, cuando se alcanza un par de apriete
predeterminado, el tornillo se rompe, quedando por un lado el
vástago roscado en el interior del taladro del conector, mientras
que por otro lado queda la cabeza de apriete.
No obstante, el esfuerzo axial transmitido en la
aplicación del par de apriete depende del coeficiente de fricción
entre las superficies de contacto, que en este caso son la
superficie del extremo opuesto a la cabeza del tornillo y la
superficie del conductor. De esta forma, el esfuerzo axial aplicado
sobre el conductor acaba siendo altamente variable.
La invención tiene como finalidad proporcionar
un tornillo de apriete para conector eléctrico del tipo indicado al
principio, que permita transmitir un esfuerzo axial sobre la zona de
presión independiente del coeficiente de fricción entre las
superficies de contacto.
Esta finalidad se consigue mediante un tornillo
de apriete para conector eléctrico del tipo indicado al principio,
caracterizado porque además comprende un elemento de contacto con
dicho conductor en una zona de presión, previsto en el extremo de
dicho vástago opuesto a dicha cabeza de apriete y porque dicho
elemento de contacto es giratorio respecto a dicho cuerpo principal,
sobre una zona de fricción común y separada de dicha zona de
presión. De esta forma, se puede transmitir un esfuerzo axial sobre
la zona de presión independiente del coeficiente de fricción entre
las superficies de contacto en esta zona de presión, es decir la
superficie del conductor y la del elemento de contacto. En este caso
la zona de fricción real que está físicamente separada de la zona de
presión es invariable durante todo el proceso de apriete, ya que el
elemento de contacto no se mueve respecto al conductor, mientras que
el cuerpo principal del tornillo gira sobre la zona de fricción
común y constante con el elemento de contacto. Esto presenta la
ventaja de que se reduce la variabilidad en el par de apriete o
esfuerzo axial realmente aplicado en el
conjunto.
conjunto.
Además, la invención abarca una serie de
características preferentes que son objeto de las reivindicaciones
dependientes y cuya utilidad se pondrá de relieve más adelante en la
descripción detallada de una forma de realización de la
invención.
En una forma de realización del tornillo el
elemento de contacto consiste en un cuerpo cilíndrico guiado en un
rebaje cilíndrico previsto en dicho vástago. Esto evita que al
apretar el tornillo contra el conductor se produzcan movimientos
laterales entre el cuerpo principal y el elemento de contacto.
Durante la fase inicial de apriete, en la que la
fuerza axial todavía no es muy elevada, se pueden producir
movimientos relativos entre el elemento de contacto y el conductor.
Para evitar este efecto en una forma de realización el tornillo
comprende unos medios antigiro en la zona de presión aptos para
evitar el movimiento relativo entre el elemento de contacto y el
conductor durante el apriete del tornillo. Preferentemente los
medios antigiro son una pluralidad de resaltes que sobresalen de
dicha zona de presión y se agarran sobre la zona de presión, es
decir sobre el conductor, garantizando que el elemento de contacto
no pueda girar respecto al conductor durante el apriete.
En según que casos, las conexiones entre
conductores se deben realizar en altura. Por ello, opcionalmente, el
tornillo según la invención comprende unos medios de retención que
evitan la separación del elemento de contacto respecto al cuerpo
principal del tornillo, antes del inicio del proceso de apriete del
tornillo sobre dicho conductor, lo cual facilita el
montaje.
montaje.
En una forma de realización preferente estos
medios de retención comprenden un vástago cilíndrico central
insertado en un encaje correspondiente, previsto en el vástago
roscado. Esta es una forma de retención especialmente fiable si el
vástago cilíndrico entra bajo una ligera presión en el encaje. No
obstante de forma alternativa los medios de retención comprenden una
unión adhesiva, ya sea en el vástago cilíndrico o bien en la propia
zona de fricción entre tornillo y elemento de contacto.
Como ya se ha comentado, este tipo de tornillos
de apriete deben montarse con un par de apriete predeterminado. Esto
se puede realizar con una llave dinamométrica, pero para una mayor
simplicidad de montaje, la invención prevé que el vástago comprenda
una estricción entre la cabeza de apriete y el tramo roscado apta
para producir la separación de dicha cabeza de apriete respecto a
dicho tramo roscado cuando se supera un par de apriete
predeterminado durante el apriete de dicho tornillo sobre dicho
conductor.
En una forma de realización la invención
contempla la posibilidad de utilizar un elemento que reduzca el par
de rozamiento en la zona de fricción. Esto facilita el procedimiento
de apriete del conductor. Para ello, preferentemente el tornillo
según la invención comprende un elemento de fricción reducida
previsto entre dicho elemento de contacto y a dicho cuerpo
principal. De forma especialmente preferente el elemento de fricción
reducida es una arandela pulida, no obstante alternativamente el
elemento de fricción reducida es de un material distinto a dicho
vástago, de modo que del emparejamiento de materiales se obtenga un
coeficiente de fricción más reducido que si ambos materiales fuesen
iguales.
Asimismo, la invención también abarca otras
características de detalle ilustradas en la descripción detallada de
una forma de realización de la invención y en las figuras que la
acompañan.
Otras ventajas y características de la invención
se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin
ningún carácter limitativo, se relatan unas formas preferentes de
realización de la invención, haciendo mención de los dibujos que se
acompañan. Las figuras muestran:
Fig. 1, una vista frontal de un montaje
conector/
conductor antes de iniciar el apriete.
conductor antes de iniciar el apriete.
Fig. 2, una vista parcialmente cortada de una
primera forma de realización del tornillo de apriete según la
invención.
Fig. 3A, una vista frontal de una segunda forma
de realización del tornillo de apriete según la invención.
Fig. 3B, una vista en planta inferior del
tornillo de la figura 3A.
Fig. 3C, una vista cortada longitudinalmente del
tornillo de la figura 3A.
Figs. 4A a 4C, una secuencia del proceso apriete
del tornillo de la figura 3A.
Fig. 5A, una vista frontal de una tercera forma
de realización del tornillo de apriete según la invención.
Fig. 5B un corte ampliado del extremo inferior
del tornillo de la figura 5A.
En la figura 1 se muestra un montaje de un
conector 34 genérico con dos conductores 32 insertados, en situación
previa al apriete de los tornillos 1. En la figura 2 se aprecia que
un conector 34 está formado por un casquillo que presenta un taladro
roscado 36 para cada tornillo 1 de apriete. El conductor 32 está
insertado en el conector 34 y sujetado por los respectivos tornillos
1 como se explicará más adelante.
La primera forma de realización del tornillo 1,
figura 2, está formado por un cuerpo principal 2 con una cabeza 4
hexagonal de apriete y un vástago 6 cilíndrico provisto de un tramo
roscado 8 que se atornilla en el taladro roscado 36. En el extremo
opuesto a la cabeza 4, el tornillo 1 presenta un elemento de
contacto 10 sustancialmente cilíndrico, cuya superficie anterior 10a
comprime la superficie del conductor 32 en una zona de presión 12.
Este elemento de contacto 10 está montado giratorio respecto al
cuerpo principal 2 en una zona de fricción 14, es decir que la
superficie 10b del elemento de contacto opuesta a la superficie
anterior 10a se apoya, pudiendo girar, contra la superficie anterior
6a del vástago 6. También, gracias a un rebaje cilíndrico 16
previsto en el extremo anterior del vástago 6 se evita que el
elemento de contacto 10 pueda moverse lateralmente durante el
proceso de apriete.
Si a partir de la situación representada en la
figura 2 se sigue atornillando el tornillo 1 aplicando un esfuerzo
axial sobre el conductor 32, cuando topa con el conductor 32, el
elemento de contacto 10 queda frenado en rotación. En cambio, el
cuerpo principal 2, puede seguir girando respecto al elemento de
contacto 10 sobre la zona de fricción 14. En esta solución las
superficies 10b, 6a respectivas en la zona de fricción 14 son
constantes y conocidas, por lo que el esfuerzo axial aplicado al
conductor será también constante y conocido para los valores del par
del apriete predeterminados. Así pues, el esfuerzo axial transmitido
es independiente del coeficiente de fricción en la zona de presión
12, entre el elemento de contacto 10 y el conductor 32.
Consiguientemente, la curva del esfuerzo transmitido en función del
par de apriete es más predecible y repetitiva, mejorándose
automáticamente la fiabilidad del proceso de apriete.
En cambio, en los tornillos conocidos del estado
de la técnica las zonas de fricción y presión, es decir, las
superficies de fricción y de presión son la misma pareja de
superficies. Es decir que las superficies reales de fricción se
encuentran entre el elemento de contacto y el conductor. Debido
también a la configuración de los conductores de los cables de
líneas de distribución eléctrica aparecen las desventajas explicadas
en el estado de la técnica.
Durante el proceso de apriete, a medida que el
elemento de contacto incrementa el esfuerzo axial sobre el conductor
y gira sobre éste, los cables de sección reducida se aplastan y se
separan ocupando el espacio disponible en el conector. Esto
generalmente provoca un incremento de la zona de fricción durante el
proceso de apriete. Además las características de fricción de la
superficie de fricción del conductor y del tornillo, varían de forma
no controlable, ya que eventualmente los alambres del conductor se
pueden mover debido a la presión axial ejercida y variar su
rugosidad. Todo ello conduce a que el proceso sea poco previsible,
unas veces se transmite un esfuerzo axial elevado, mientras que en
otras situaciones se puede transmitir un esfuerzo axial inferior al
que sería deseable. Otro inconveniente importante consiste en que el
giro del tornillo sobre el conductor durante el apriete puede dañar
más de lo deseable la superficie los alambres del conductores.
Las figuras 3A a 3C y 4A a 4C muestran una
segunda forma de realización del tornillo 1 según la invención. De
nuevo el tornillo 1 presenta un cuerpo principal 2 con cabeza 4
hexagonal de apriete y un vástago 6 dotado de un tramo roscado 8.
Esta realización también prevé un elemento de contacto 10 en el
extremo del vástago 6 opuesto a la cabeza 4. A través del elemento
de contacto 10 comprime el conductor 32 en la zona de presión
12.
El elemento de contacto 10 está montado
giratorio respecto al cuerpo principal 2 sobre una zona de fricción
14. En esta forma de realización, unos medios antigiro 18 evitan de
forma fiable que, durante el apriete del tornillo 1, se produzcan
movimientos relativos entre el elemento de contacto 10 y el
conductor 32. Con tal finalidad una pluralidad de resaltes 20 a modo
de púas engarzan en el conductor 32, impidiendo el giro del elemento
de contacto 10. Debido al bloqueo del giro del elemento de contacto
10, durante el proceso de apriete, el cuerpo principal 2 del
tornillo 1 gira alrededor su eje según la flecha A de la figura 4B,
respecto al elemento de contacto 10 sobre la zona de fricción 14. En
este caso, las dimensiones de las superficies 10b, 6a en la zona de
fricción 14, así como sus características de rugosidad son conocidas
y predecibles de antemano, lo cual permite aplicar el par de apriete
y el esfuerzo axial con precisión.
Por otra parte, tanto en la primera, como en la
segunda formas de realización, el tornillo 1 según la invención
comprende unos medios de retención 22 que evitan una eventual
separación prematura entre elemento de contacto 10 y el cuerpo
principal 2, facilitando el montaje del tornillo 1.
En ambas formas de realización los medios de
retención 22 están configurados por un vástago cilíndrico 24 central
montado con un juego muy ajustado en un encaje 26 previsto sobre el
eje longitudinal del vástago 6. No obstante, en una forma de
realización alternativa más simple, no representada, los medios de
retención 22 pueden ser una unión adhesiva temporal entre cuerpo
principal 2 y elemento de contacto 10 en la zona de fricción 14, por
ejemplo, mediante la aplicación de adhesivo instantáneo de contacto.
Esta unión temporal se separa cuando, al atornillar el tornillo 1,
el par de apriete supera el par resistente ofrecido por esta unión
adhesiva.
La invención tampoco descarta la combinación de
distintas soluciones para los medios de retención 22. Por ejemplo,
al objeto de reducir costes en el acabado del vástago cilíndrico 24
y el encaje 26, estos se pueden fabricar con calidades y tolerancias
más bastas y unirlos temporalmente mediante el adhesivo previamente
al montaje.
Finalmente, al objeto de simplificar el proceso
de apriete del tornillo 1 y evitar el uso de llaves dinamométricas
especiales, el vástago 6 de la segunda forma de realización
comprende una estricción 28 que define un punto de rotura controlada
en el tornillo 1 cuando se supera un determinado par de apriete.
A continuación sobre la base de las figuras 4A a
4C se explica el proceso completo de ensamblaje del conductor 32 en
el conector 34.
En la figura 4A se muestra la situación inicial
previa al apriete, en la que para realizar una conexión entre cables
se inserta el conductor 32 en el diámetro interior del conector 34.
Tal y como se puede apreciar el diámetro interior Di del conector 34
es mayor que el diámetro exterior De del conductor 32 para facilitar
la inserción. Además el tornillo 1 se atornilla en el respectivo
taladro roscado 36 hasta llegar a la situación de la figura 4B, y
libre de cualquier esfuerzo que no sea el propio rozamiento entre
roscas de tornillo 1 y taladro roscado 36.
A partir de la figura 4B empieza el proceso real
de apriete, para fijar el conductor 32 al conector 34. Con una llave
convencional se gira el tornillo 1 y los resaltes 20 de la
superficie anterior 10a se agarran a la superficie 32a del conductor
32, es decir en la zona de presión 12, bloqueando el giro del
elemento de contacto 10. En cambio, el cuerpo principal 2 puede
girar libremente en la dirección de la flecha A sobre la zona de
fricción 14 respecto al elemento de contacto 10, gracias a la
rotación de la superficie 6a sobre la superficie 10b. Opcionalmente,
al objeto de reducir el coeficiente de rozamiento entre superficies
10b, 6a, los materiales del elemento de contacto 10 y del vástago 6
pueden ser distintos. Por ejemplo, el cuerpo principal 2 puede ser
de aluminio, mientras que el elemento de contacto 10 es de cobre.
Este emparejamiento tiene un coeficiente de fricción inferior que
una combinación aluminio-aluminio.
A medida que va aumentando el esfuerzo axial B
aplicado sobre el conductor 32, se incrementa el par de apriete y de
forma correspondiente hasta un máximo definido por la sección
transversal de la estricción 28. Esto permite apretar la unión a un
par de apriete predeterminado, eliminando la necesidad de llaves
dinamométricas especiales. Así, una vez se alcanza el par de apriete
nominal para el que ha sido diseñado el tornillo 1, el cuerpo
principal 2 se rompe en dos partes a lo largo de la sección de
rotura 29 como se muestra en la figura 4C. La primera parte
comprende la cabeza 4 y la parte no roscada 38 de la caña, mientras
que la segunda parte, que queda aprisionada en el conector 34, está
formada por el tramo roscado 8 de la caña y el elemento de contacto
10.
En las figuras 5A y 5B se aprecia una tercera
forma de realización del tornillo según la invención, que es sus
características principales es idéntico a las formas de realización
anteriormente explicadas. Igual que antes, el elemento de contacto
10 está montado giratorio respecto al cuerpo principal 2 sobre una
zona de fricción 14 común y separada de la zona de presión 12 sobre
la que se aplica el esfuerzo axial sobre el conductor 32.
En este caso el tornillo 1 comprende un elemento
de fricción 30 reducida previsto entre el elemento de contacto 10 y
el cuerpo principal 2. Así, el cuerpo principal 2 puede girar
respecto al elemento de contacto 10, deslizándose la superficie 6a
respecto a la superficie 30b. En la forma de realización
representada, el elemento de fricción 30 consiste en una arandela
que puede ser del mismo material que el conjunto del tornillo 1,
pero presentando una rugosidad superficial reducida gracias a un
tratamiento especial como el pulido. Esta arandela se comporta como
un cojinete de fricción. Alternativamente, la arandela puede ser de
un material distinto del resto del tornillo 1.
Eventualmente durante el apriete puede ocurrir
que la arandela representada quede pegada sobre la superficie 6a del
vástago 6, de modo que el movimiento relativo entre cuerpo principal
2 y elemento de contacto 10 se produzca sobre la superficie 10b del
elemento de contacto 10 y la superficie 30a de la arandela 30. No
obstante, esto no varía para nada el principio de funcionamiento de
la invención y las ventajas asociadas a la misma.
Finalmente, cabe comentar que el elemento de
contacto 10 del tornillo 1 según la invención está fabricado con
materiales adecuados a la naturaleza del conductor 32. Materiales
apropiados son el aluminio, cobre o sus aleaciones.
Claims (12)
1. Tornillo de apriete para conector eléctrico
de conexión entre conductores de cables eléctricos que comprende un
cuerpo principal (2) con una cabeza (4) de apriete y un vástago (6)
con un tramo roscado (8), caracterizado porque además
comprende un elemento de contacto (10) con dicho conductor (32) en
una zona de presión (12), previsto en el extremo de dicho vástago
(6) opuesto a dicha cabeza (4) de apriete y porque dicho elemento de
contacto (10) es giratorio respecto a dicho cuerpo principal (2),
sobre una zona de fricción (14) común y separada de dicha zona de
presión (12).
2. Tornillo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho elemento de contacto (10) consiste
en un cuerpo cilíndrico guiado en un rebaje cilíndrico (16) previsto
en dicho vástago (6).
3. Tornillo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque comprende unos medios antigiro (18) en
dicha zona de presión (12) aptos para evitar el movimiento relativo
entre dicho elemento de contacto (10) y dicho conductor (32) durante
el apriete de dicho tornillo (1).
4. Tornillo según la reivindicación 3,
caracterizado porque dichos medios antigiro (18) son una
pluralidad de resaltes (20) que sobresalen de dicha zona de presión
(12).
5. Tornillo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende unos
medios de retención (22) que evitan la separación de dicho elemento
de contacto (10) respecto a dicho cuerpo principal (2), previa al
proceso de apriete de dicho tornillo (1) sobre dicho conductor
(32).
6. Tornillo según la reivindicación 5,
caracterizado porque dichos medios de retención (22)
comprenden un vástago cilíndrico (24) central insertado en un encaje
(26) correspondiente, previsto en dicho vástago (6) roscado.
7. Tornillo según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque dichos medios de retención (22)
comprenden una unión adhesiva.
8. Tornillo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicho vástago
(6) comprende una estricción (28) entre dicha cabeza (4) de apriete
y dicho tramo roscado (8) apta para producir la separación de dicha
cabeza (4) de apriete respecto a dicho tramo roscado (8) cuando se
supera un par de apriete predeterminado durante el apriete de dicho
tornillo (1) sobre dicho conductor (32).
9. Tornillo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicho elemento
de contacto (10) y dicho vástago (6) son de materiales
distintos.
10. Tornillo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende un
elemento de fricción (30) reducida previsto entre dicho elemento de
contacto (10) y a dicho cuerpo principal (2).
11. Tornillo según la reivindicación 10,
caracterizado porque dicho elemento de fricción (30) reducida
es una arandela pulida.
12. Tornillo según la reivindicación 10 ó 11,
caracterizado porque dicho elemento de fricción (30) reducida
es de un material distinto a dicho vástago (6).
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