ES2898940T3 - Arandela de seguridad para un mejor control de la tensión de los pernos y un alto efecto anti-aflojamiento - Google Patents
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Abstract
Arandela que tiene un orificio central (3), un perno debajo de la superficie de enganche de la cabeza (4) y una superficie de enganche del cojinete (14) con un dentado en ambas superficies, en donde - el dentado en el perno debajo de la superficie de acoplamiento de la cabeza (4) comprende una estructura de dientes de sierra (7), y - el dentado en la superficie de acoplamiento del cojinete (14) comprende una pluralidad de dientes (15) que en la vista superior de la superficie de acoplamiento del cojinete (14) discurre en la dirección desde una circunferencia interior (5) a una circunferencia exterior (6) de la superficie de acoplamiento del cojinete (14), caracterizada porque - los bordes de la estructura de dientes de sierra (10) en vista superior del perno debajo de la cabeza, la superficie de acoplamiento (4) de la arandela (1) tienen una forma de bumerán con la punta de los bumeranes apuntando en la dirección de desapriete de la arandela, - la pluralidad de dientes (15) que corren en vista superior de la superficie de acoplamiento del rodamiento (14) en la dirección desde el interior (5) hasta la circunferencia exterior (6) de la arandela (14) están inclinados con respecto a las líneas rectas que se extienden radialmente que se originan en el centro de la arandela (2) de modo que los extremos de los dientes cerca de la circunferencia interior de la arandela apunten en la dirección de apriete, y - las secciones superiores de ambos dientes (17) y los dientes de sierra (18) en la vista en sección transversal de las estrías están redondeadas.
Description
DESCRIPCIÓN
Arandela de seguridad para un mejor control de la tensión de los pernos y un alto efecto anti-aflojamiento
[0001] La presente invención se refiere a una arandela que tiene un dentado en sus dos superficies.
[0002] Las arandelas se utilizan, por ejemplo, para evitar el aflojamiento no deseado de un perno roscado atornillado firmemente en un cojinete correspondiente, lo que se logra induciendo una tensión en el perno en el estado apretado. La tensión inducida se correlaciona con la resistencia a aflojar el perno del rodamiento. La tensión viene determinada, por un lado, por la fricción entre la arandela y el perno y, por otro lado, la fricción entre la arandela y el cojinete.
[0003] En la práctica, se aplica un cierto par de torsión a la cabeza del perno que, a su vez, debería traducirse en una tensión bien definida. Esto, sin embargo, solo se aplica en el caso de que también esté bien definida la fricción entre la arandela y las superficies a engranar con ella.
[0004] Este suele ser el caso de que el lado inferior de la cabeza del perno (perno debajo de la cabeza) se enganche con una superficie de la arandela, porque el material y las condiciones de la superficie (como el grado del perno y la naturaleza de un revestimiento) del perno son bien definidos. Por el contrario, en la práctica, el material (y por tanto la dureza) y la superficie del cojinete pueden variar en gran medida y, por tanto, la fricción entre la otra superficie de la arandela y el cojinete puede variar en gran medida. Esto provoca el problema de que para el mismo par aplicado, la tensión inducida en el perno puede variar en un grado considerable.
[0005] Para superar este problema, las arandelas que tienen un dentado diferente (patrón) en la superficie de la arandela para ser acoplada con un cojinete (en lo siguiente también denotado como "superficie de apoyo" de la arandela) y en la superficie para ser acoplada con el perno debajo de la cabeza (en lo sucesivo también denominados "superficie debajo de la cabeza" de la arandela), p. ej. por el documento DE 28 11 108 A1. El documento WO2005/024253 A1 da a conocer un elemento de retención para evitar la rotación involuntaria de elementos de tornillo que comprende al menos dos arandelas de bloqueo anulares cuyas caras superpuestas están provistas de superficies de cuña y cada cara externa de dicha arandela está provista de una identificación.
[0006] Sin embargo, estas construcciones conocidas no en todos los casos garantizan que la arandela no se deslice sobre el cojinete cuando el perno se aprieta sobre el cojinete que sería necesaria para inducir una tensión bien definida en el perno. Además, se desea mejorar aún más el par de apriete de la conexión perno/arandela/cojinete y mejorar la tensión residual en el perno después de la tensión vibratoria inducida en el conjunto de perno/arandela/cojinete.
[0007] La presente invención se basa en el hallazgo de que una arandela que supera las desventajas mencionadas de las arandelas conocidas y que tiene las propiedades mejoradas mencionadas deseadas se puede proporcionar si la arandela tanto en su superficie de cojinete como en su superficie debajo de la cabeza tiene estrías especialmente diseñadas diferentes.
[0008] Por lo tanto, la presente invención proporciona una arandela que tiene un orificio central, un tornillo debajo de la superficie de acoplamiento de la cabeza (bajo superficie de la cabeza) y una superficie de acoplamiento de soporte (superficie de apoyo) con un dentado en ambas superficies, en donde
- el dentado en el perno bajo la superficie de enganche debajo de la cabeza comprende una estructura de dientes de sierra,
- los bordes de la estructura de dientes de sierra en la vista superior del perno bajo la superficie de enganche debajo de la cabeza de la arandela tienen una forma similar a un bumerán con la punta de los bumeranes apuntando en la dirección de desapriete del arandela,
- el dentado en la superficie de acoplamiento del cojinete comprende una pluralidad de dientes 15 que, en la vista superior de la superficie de acoplamiento del cojinete, corren en la dirección desde la circunferencia interior a la exterior de la superficie de la arandela y que están inclinados con respecto a que se extienden radialmente en línea recta líneas que se originan en el centro de la arandela de modo que los extremos de los dientes cerca de la circunferencia interior de la arandela apunten en la dirección de apriete, y
- las secciones superiores tanto de los dientes como los dientes de sierra en la vista en sección transversal de las estrías están redondeadas.
[0009] La combinación de las características de la arandela de la presente invención asegura que, por una parte, la fricción entre la superficie de acoplamiento de soporte de la arandela y la superficie de apoyo es tan alta que cuando se aprieta el tornillo, la arandela hace no se mueve con relación al rodamiento, sino solo con relación a la cabeza del perno. Por tanto, la arandela durante la fijación/apriete del perno se fija en su posición sobre el cojinete y la arandela se mueve relativamente sólo con respecto al perno. Como consecuencia, la fricción inducida por el par aplicado a la
cabeza del perno está bien definida y, a su vez, se induce una tensión precisa y bien definida (precarga) en el perno. Además, no hay daño de la superficie del cojinete incluso en superficies galvanizadas o pintadas.
[0010] Por otra parte, la arandela permite una mejora (aumento) de par de aflojamiento, es decir, el par que tiene que ser aplicado a la cabeza del perno a aflojando el perno/arandela/conjunto de rodamiento. Este par de apriete aumenta en relación con un cierto par de apriete aplicado, es decir, el par de apriete de la cabeza del perno al apretar el conjunto perno/arandela/cojinete. Por tanto, se mejora la resistencia a aflojar el perno.
[0011] La arandela de la invención cuando se utiliza en un conjunto de perno/arandela/cojinete que se aprieta con un par motor de 80 Nm muestra una relación mejorada del par de desapriete mínimo para el par de apriete de mayor que 1, mayor que 1,2 o incluso mayor que 1,3.
[0012] Finalmente, el conjunto de perno/arandela/cojinete que comprende la arandela de la invención tiene una tensión residual aumentada después de la aplicación de tensión vibratoria al conjunto. Por tanto, de nuevo se mejora la resistencia a aflojar el perno.
[0013] El dentado en la superficie de la cabeza debajo de la arandela comprende una estructura de diente de sierra. Los dientes de sierra se caracterizan porque en una vista en sección transversal del dentado los dientes son asimétricos con respecto a un plano perpendicular a la superficie de la arandela que pasa por la extensión más alta del diente de sierra, es decir, tienen un flanco con menor ángulo (más plano flanco) y un flanco con un ángulo mayor (flanco empinado) con respecto al plano de la arandela. El plano de la arandela es un plano que es paralelo a las superficies de la arandela.
[0014] Los dientes de sierra están dispuestos de modo que permiten la rotación en la dirección de apriete del tornillo (también indicado como apretar dirección) más fácilmente que en la dirección de giro de aflojamiento (también indicada como dirección de bloqueo), es decir el debajo de la cabeza del perno se desliza sobre los flancos más planos de los dientes de la sierra cuando se aprieta el perno. Por tanto, la fricción en la dirección de apriete es menor que la fricción causada en la dirección de bloqueo.
[0015] Preferiblemente, los dientes de sierra de la estructura de dientes de sierra son directamente adyacentes entre sí de manera que no hay una sección plana de la superficie de arandela entre los dientes de sierra.
[0016] Se prefiere que el ángulo entre el flanco más plano de los dientes de sierra y el plano perpendicular a la superficie de la arandela de pasar por la extensión más alta del diente de sierra es de 2 a 20°, más preferiblemente, es de 4 a 15°, y lo más preferiblemente, es de 6 a 12°.
[0017] Además, se prefiere que el ángulo entre el flanco empinado de los dientes de sierra y el plano perpendicular a la superficie de la arandela de pasar por la extensión más alta del diente de sierra es de 55 a 75°, más preferiblemente es 58 a 72°, y lo más preferiblemente es de 60 a 70°.
[0018] Preferiblemente, la altura de dientes de sierra, es decir, dimensión máxima de los dientes de sierra en la dirección perpendicular al plano de la arandela, es de 0,10 a 0,25 mm, más preferiblemente es 0,11 a 0,24 mm y lo más preferiblemente es de 0,12 a 0,23 mm, por ejemplo de 0,15 a 0,20 mm.
[0019] El espesor total de la arandela es la extensión mínima de la arandela en la dirección perpendicular al plano de la arandela, es decir, su extensión de la una a la otra superficie de la arandela no incluyendo cualesquiera dientes que sobresalen de las superficies.
[0020] Preferiblemente, el dentado en la superficie debajo de la cabeza de la arandela comprende entre 0,8 y 1,2, preferiblemente 0,85 y 1,15 de dientes de sierra por mm de circunferencia interior de la arandela. Por ejemplo, una arandela M10 normalmente tiene una circunferencia interior de aproximadamente 33,3 mm y el número de dientes de sierra es 36, de modo que por mm de circunferencia interior están presentes 1,08 dientes de sierra.
[0021] Los dientes de sierra están preferiblemente igualmente espaciados.
[0022] Preferiblemente, la extensión de cada uno de los dientes de sierra a lo largo de la circunferencia interior de la arandela (cuando se extiende sobre el chaflán de la circunferencia interior) es de 0,8 a 1,2 mm, más preferiblemente de 0,85 a 1,15 mm.
[0023] Los bordes de la estructura de diente de sierra en vista superior de la superficie de debajo de la cabeza de la arandela de la invención tienen una forma de bumerán, es decir, los bordes tienen una forma con dos secciones de extremo que son rectas, y una sección media curvada de modo que las dos secciones de los extremos rectos encierren un ángulo menor de 180°. Preferiblemente, el ángulo es de 100 a 170°, más preferiblemente es de 110 a 140° y lo más preferiblemente es de 120 a 150°.
[0024] La punta del bumerán, es decir, las partes superiores de las secciones medias curvadas, punto en la dirección de aflojamiento de la arandela, es decir, la forma del borde es convexa visto desde la dirección de aflojamiento. La dirección de desapriete (apriete) de la arandela es la dirección en donde la arandela debe girarse en relación con la cabeza del perno para desapretar (apretar) la junta del perno/arandela/cojinete. Como normalmente los pernos roscados deben girarse en el sentido de las agujas del reloj para apretar un conjunto de perno/arandela/cojinete, la dirección de apriete de la arandela en este caso es en sentido antihorario y la dirección de desapriete de la arandela es en el sentido de las agujas del reloj.
[0025] Preferiblemente, la punta de los bumeranes son los puntos de los bordes en forma de bumerán que se extienden más en la dirección de aflojamiento de la arandela, es decir, una línea que se extiende radialmente desde el centro de la arandela y tangencial a la punta del bumerán tiene un ángulo positivo en la dirección de desapriete a cualquier línea que se extienda radialmente desde el centro de la arandela y tangencial a cualquier otro punto del borde en forma de bumerán.
[0026] La forma de "bumerán" no necesita ser simétrica, es decir, las dos secciones de extremo pueden tener una longitud diferente.
[0027] En una forma de realización preferida, la sección de extremo recto del borde más cerca de la circunferencia exterior de la arandela tendrá una longitud de 35 a 45% de la longitud total del borde, la sección curva tendrá una tienen una longitud de 35 a 45% de la longitud total del borde, y la sección recta más cercana a la circunferencia interior de la arandela tendrá una longitud de 10 a 30% de la longitud total del borde.
[0028] Preferiblemente, el extremo de la sección recta interior del borde en forma de bumerán en dirección a la circunferencia interior y el extremo de la sección recta exterior del borde en forma de bumerán en dirección de la circunferencia exterior se ubican en una línea que se extiende radialmente desde el centro de la arandela.
[0029] La arandela de acuerdo con la invención comprende preferiblemente una parte biselada (chaflán) en la periferia interior del perno bajo superficie de acoplamiento con la cabeza.
[0030] La parte biselada, por un lado, evita una interferencia de la parte interior de la superficie de acoplamiento debajo de la cabeza de la arandela con una parte engrosada del eje, que normalmente está presente en donde el perno de debajo de la cabeza está conectado al eje del perno, se evita y, por otro lado, permite al usuario determinar más fácilmente qué superficie de la arandela debe aplicarse a la cabeza del perno y cuál al cojinete.
[0031] La arandela puede o no puede incluir una parte biselada (chaflán) también en la periferia exterior debajo de la superficie de la cabeza.
[0032] Preferiblemente, la parte biselada hace hasta como máximo el 30% de la anchura de la superficie de la arandela, preferentemente como máximo 20% de la anchura de la superficie de la arandela.
[0033] La anchura de la arandela se define como la extensión radial de la arandela de su interior a su circunferencia exterior.
[0034] El chaflán tiene preferiblemente una superficie plana.
[0035] Además, la sección biselada forma un ángulo con la superficie de la arandela de 20 a 70°, más preferiblemente de 30 a 60°, y lo más preferiblemente de 35 a 49°, tal como por ejemplo 45°.
[0036] El chaflán preferentemente penetra a una profundidad en la arandela de hasta 50% del espesor de la arandela, más preferiblemente de hasta 40%, y lo más preferiblemente de hasta 30%.
[0037] Preferiblemente, los dientes de sierra en forma de bumerán están presentes en toda la anchura de la superficie de la arandela que no está biselada.
[0038] El dentado en la superficie de acoplamiento de soporte (superficie de apoyo) de la arandela de la invención comprende una pluralidad de dientes que en vista superior del tornillo debajo de la cabeza de acoplamiento de ejecución de superficie en la dirección desde el interior a la circunferencia exterior de la superficie de arandela y que están inclinados con respecto a las líneas rectas que se extienden radialmente que se originan en el centro de la arandela.
[0039] Los dientes están inclinados con respecto a las líneas rectas que se extienden radialmente originando del centro de la arandela de modo que el extremo de los dientes en dirección de la anchura, que están cerca de la circunferencia interior de la arandela, el punto en la dirección de apriete.
[0040] Preferiblemente, el ángulo de inclinación definido como el ángulo entre las líneas rectas que se extienden radialmente originando del centro de la arandela y los dientes en vista superior de la superficie de apoyo de la arandela es de 40 a 80°, más preferiblemente de 50 a 70°, y lo más preferiblemente de 55 a 65°, como por ejemplo 60°.
[0041] Los dientes tienen preferiblemente forma recta en vista superior de la superficie de apoyo de la arandela.
[0042] Los dientes están construidos preferentemente de manera que los dientes en una posición que está desplazada por una cantidad de 0,2 a 0,3, más preferiblemente de 0,23 a 0,27 tal como por ejemplo 0,25, del diámetro de la arandela exterior de una línea recta que se extiende radialmente a través del centro de la arandela, son paralelos a dicha línea recta.
[0043] Mientras que puede haber secciones de la superficie de apoyo de la arandela en dirección de la anchura a la que los dientes no se extienden, se prefiere que los dientes se extienden completamente a partir de interior a la circunferencia exterior de la superficie de la arandela.
[0044] Preferentemente, los dientes están diseñados para que tengan una forma simétrica con respecto a la dirección perpendicular al plano de la arandela en vista en sección transversal de los dientes. Por lo tanto, la fricción causada por los dientes en la rotación relativa de la superficie del cojinete es la misma en ambas direcciones de rotación.
[0045] Preferiblemente, el ángulo entre los flancos de los dientes en vista en sección transversal de los dientes y el plano de la arandela es de 35 a 65°, más preferiblemente de 40 a 60°, y lo más preferiblemente de 45 a 55°, tal como, por ejemplo, 50°.
[0046] Preferiblemente, la altura de los dientes, es decir, dimensión máxima de los dientes en dirección perpendicular al plano de la arandela, es de 0,10 a 0,25 mm, más preferiblemente es 0,11 a 0,24 mm y lo más preferiblemente es de 0,12 a 0,23 mm, tal como de 0,15 a 0,20 mm.
[0047] Además, preferiblemente los dientes no son directamente adyacentes entre sí, pero entre los dientes son secciones planas.
[0048] El número de dientes presentes en la superficie de apoyo está preferiblemente entre 1,6 y 2,0, más preferiblemente 1,7 a 1,9 por mm de circunferencia interior de la arandela. Por ejemplo, una arandela M10 normalmente tiene una circunferencia interior de aproximadamente 33,3 mm y el número de dientes es 60, de modo que por mm de circunferencia interior hay 1,8 dientes.
[0049] Preferiblemente, la arandela no tiene una parte biselada en la periferia interior de su superficie de apoyo.
[0050] En la arandela de la invención, las secciones superiores de los bordes de ambas los dientes de sierra en la superficie debajo de la cabeza y los dientes de la superficie de soporte visto en vista en sección transversal de los dientes están redondeados.
[0051] Por lo tanto, no hay bordes agudos de los patrones de arandela se extienden hacia y, tras el apriete, se comprometen con las superficies debajo de la cabeza y el cojinete.
[0052] Se prefiere que la sección redondeada sume hasta 30% a 70% de la altura total de los dientes, más preferiblemente 40 a 60% y lo más preferiblemente 45 a 45%, tal como 50%.
[0053] El radio de la sección superior redondeada de los dientes en la superficie de apoyo preferiblemente es de 0,05 a 0,20 mm, más preferiblemente es 0,07 hasta 0,18 mm, y lo más preferiblemente es desde 0,08 hasta 0,16 mm.
[0054] El radio de la sección superior redondeada de los dientes de sierra en la superficie debajo de la cabeza está preferentemente 0,10 a 0,40 mm, más preferiblemente es 0,12 a 0,35 mm, y lo más preferiblemente es desde 0,17 hasta 0,32 mm.
[0055] Además, se prefiere que también la sección entre los flancos empinados de los dientes de sierra y la superficie de la arandela es redondeada. Preferiblemente, el radio es menor de 0,15 mm, más preferiblemente menor de 0,12 mm.
[0056] Preferiblemente, la arandela tiene una dureza superficial de 450 a 620 HV, más preferiblemente de 470 a 600 HV, aún más preferiblemente de 490 a 580 HV, y lo más preferiblemente de 510 a 560 HV.
[0057] Además, preferiblemente el núcleo de la arandela tiene una dureza de 450 a 620 HV, más preferiblemente de 470 a 600 HV, aún más preferiblemente de 490 a 580 HV, y más preferiblemente de 510 a 560 HV.
[0058] Todas las durezas Vickers ("HV") mencionadas en el presente documento se miden según la norma ISO 6507 1, edición año 2000, con una carga de prueba de 10 kg.
[0059] Para la arandela, diferentes tratamientos de superficie pueden ser aplicados, tal como, por ejemplo, Delta Protect KL120.
[0060] La arandela de la invención por lo general tiene una forma plana, es decir, las superficies de lavado son paralelas a un plano que comprende la arandela y su centro.
[0061] Sin embargo, la arandela puede disponer de una forma cónica es decir, las superficies de lavado son paralelas a un cono con su eje pasando por el centro de la arandela. El "plano de la arandela", como se mencionó anteriormente, es entonces un plano tangencial a la superficie de la arandela.
[0062] La invención se ilustra adicionalmente por referencia a los siguientes ejemplos en las figuras, en donde:
La Fig. 1 muestra el patrón dentado de una forma de realización de la arandela (arandela N° 1) de acuerdo con la invención en tamaño M10 en la superficie se supone que encaja con el perno debajo de la cabeza (debajo de la superficie de la cabeza) en la vista superior,
La Fig. 2 A) muestra una sección transversal de la arandela 1 a lo largo de la línea C-C en la Fig. 1 y la Fig. 2 B) muestra una sección ampliada de la misma,
La Fig. 3 muestra el patrón dentado de la arandela n° 1 en la superficie que se supone que encaja con el cojinete en la vista superior,
La Fig. 4 A) muestra otra sección transversal de la arandela n° 1 a lo largo de la línea B.B en la Fig. 3 y la Fig. 4 B) muestra un sección ampliada de la misma,
La Fig. 5 muestra una vista en sección transversal de la arandela n° 1,
La Fig. 6 A) y B) muestran vistas en perspectiva de la parte inferior de la cabeza y la superficie de apoyo de la arandela n° 1, respectivamente,
La Fig. 7 muestra el dentado en el debajo de la superficie de la cabeza de la arandela n° 3 (comparativa), La Fig. 8 muestra el dentado en la superficie de apoyo de la arandela n° 3 (comparativa).
[0063] En las figuras, los números de referencia indican:
1: la arandela n° 1
2: centro de arandela
3: orificio central de la arandela
4: debajo de la superficie de la cabeza
5: circunferencia interior
6: circunferencia exterior
7: dientes de sierra
8: chaflán
9: circunferencia exterior del chaflán
10: borde del diente de sierra
11: flanco pronunciado del diente de sierra
12: flanco más plano de los dientes de sierra
13: sección donde el flanco empinado termina en la superficie de la arandela
14: superficie de apoyo
15: diente
16: flanco del diente
17: sección superior del diente
18: sección superior del diente de sierra
19: sección interior del extremo recto del borde del diente de sierra
20: sección media curvada del borde del diente de sierra
21: sección recta exterior del borde del diente de sierra
22: arandela N23
23: superficie debajo de la cabeza de la arandela N° 3
24: borde de diente de sierra de la arandela N° 3
25: superficie de apoyo de la arandela N° 3
26: diente de la arandela n° 3
27: centro de la arandela n° 3.
[0064] En las Figs. 1 a 6 se muestran vistas diferentes de una forma de realización de la arandela 1 de la invención en M10 (arandela n° 1). Se supone que la arandela n° 1 (y también la arandela n° 3) deben usarse en un conjunto de perno/arandela/cojinete que se aprieta girando la cabeza del perno en el sentido de las agujas del reloj en relación con la arandela. Por lo tanto, la dirección de apriete de la arandela n° 1 (y n° 3) es en sentido antihorario y la dirección de desajuste es en sentido de las agujas del reloj en relación con la cabeza del perno. La Fig. 1 muestra la superficie 4 debajo de la cabeza de la arandela 1. El diámetro de la arandela desde la circunferencia interior 5 hasta la exterior 6 es de 17,4 a 17,7 mm. El diámetro interior que define el orificio central 3 de la arandela a través del cual se extiende el eje de un perno a sujetar a un cojinete es de 10,5 a 10,7 mm. El ancho de la arandela es, en consecuencia, de 3,35 a 3,6 mm.
[0065] El espesor de la arandela es 2,25-2,5 mm.
[0066] Como puede además verse en la Fig. 1, en la superficie inferior de cabeza 4 una estructura de dientes de sierra con bordes en forma de bumerán 10 está presente que se extiende desde la circunferencia exterior 6 de la arandela a la circunferencia exterior del chaflán 8. El chaflán 8 está presente desde la circunferencia interior de la arandela de 5 a 0,6 a 0,7 mm en dirección a la circunferencia exterior 6. Como puede verse en la Fig. 5, el chaflán 8 penetra de 0,6 a 0,7 mm en la dirección del espesor de la arandela. El ángulo con el plano de la arandela es de 45° y la superficie del chaflán es plana.
[0067] El borde en forma de bumerán está formado por una sección interior recta final 19, una sección media curvada 20, que puntos en la dirección de aflojamiento de la arandela, y una sección de extremo recto exterior 21.
[0068] En vista lateral ampliada en la Fig. 2B) se muestra la sección transversal de los dientes de sierra 7, que incluye un flanco empinado 11 y un flanco más plano 12. La sección 18 superior de los dientes de sierra 7 está redondeada con un radio de 0,17 a 0,23 mm. Además, la sección entre los flancos empinados de los dientes de sierra y la superficie de la arandela 13 está redondeada, el radio máximo es de 0,10 mm.
[0069] En la Fig. 3 se muestra la superficie de apoyo 14 de la arandela 1. La dirección de apriete aquí es la dirección de las agujas del reloj y la dirección de desapriete es la izquierda, visto con respecto al movimiento relativo de la cabeza del perno.
[0070] Los dientes 14 tienen una forma recta y están presentes en toda la anchura de la superficie de la arandela que se extiende desde el interior 5 a la circunferencia exterior 6 de la arandela 1. Los dientes están inclinados en 60° con respecto a las líneas rectas que se extienden radialmente con origien en el centro de la arandela 2.
[0071] Como se puede ver de la vista lateral ampliada en la Fig. 4B), los dientes 14 tienen una forma aproximadamente triangular, siendo el ángulo de los flancos de los dientes al plano de la arandela de 60°. La sección superior de los dientes, que comienza al 50% de la altura de los dientes, está redondeada con un radio de 0,08 a 0,12 mm.
[0072] Las vistas en perspectiva de la arandela N° 1 debajo de la superficie 4 y el cojinete de superficie de la cabeza 14 se muestran en la Fig 6A) y la Fig. 6B), respectivamente.
[0073] En la Fig. 7, se muestra la superficie debajo de la cabeza 23 de la arandela comparativa N° 3 22. Como se puede ver, el dentado en esa superficie 23 tiene una estructura de dientes de sierra similar a la arandela N° 1 y en la arandela probada N° 3 los dientes de sierra tenían la mismo altura que la de la arandela n° 1. Sin embargo, los bordes de los dientes de sierra 24 tenían una forma completamente curvada y, por lo tanto, tenían una forma diferente a la forma de bumerán de los bordes de los dientes de sierra de la arandela N° 1.
[0074] En la Fig. 8, se muestra la superficie de apoyo 25 de la arandela comparativa N° 322. Como puede verse, el dentado en esa superficie 25 tiene una estructura de dientes similar a la arandela n° 1 y en la arandela n° 3 probada los dientes tenían la misma altura que la de la arandela n° 1. Sin embargo, los bordes de los dientes 25 no mostraban una inclinación con respecto a las líneas que se extendían radialmente desde el centro de la arandela 27 y, por tanto, la estructura de los dientes era diferente de la estructura de los dientes de la arandela N° 1.
Ejemplos
[0075] Se probaron tres arandelas diferentes en cuanto a su comportamiento frente al aflojamiento de una conexión de unión atornillada.
[0076] Las arandelas probadas fueron:
Arandela N° 1 (invención): Arandela (M10) de acuerdo con la invención como se muestra en las Figs. 1 a 6 y se describe en el texto relacionado anterior,
Arandela n° 2 (comparativa): Arandela de seguridad comercial "RIPP-LOCK" producida por Bollhoff (M10), y Arandela n° 3 (comparativa): Arandela (M10) como se muestra en la Fig. 7 y 8, que es similar a la arandela descrita en el documento d E 28 11 108 A1.
[0077] Se aplicaron los siguientes métodos de ensayo:
Ensayo N° 1): Prueba de funcionamiento mecánico con acero de dureza de la superficie de apoyo de 100HV-200HV-300HV-aluminio. Esta prueba de laboratorio se realizó utilizando placas de diferentes materiales y durezas, para apretar y luego aflojar una unión atornillada hecha de un tornillo, una tuerca y la arandela probada. El objetivo de esta prueba es simular la aplicación "estática" de una conexión de unión atornillada.
[0078] Con esta prueba también puede comprobarse si la arandela se desliza en la superficie de apoyo durante el perno de apriete o de aflojamiento.
[0079] Se aplicaron las siguientes condiciones de prueba: Par de apriete ("Tt") = 80 Nm, perno tuerca arandela de zinc-escama recubiertos, 10 muestras analizadas en cada prueba. Los resultados se dan en la Tabla 1 a continuación, en donde "Tumin" indica el par de desapriete mínimo, "Tumax" indica el par de apriete máximo y la relación "Tumin/Tt" indica la relación entre el par de apriete mínimo y el par de apriete..
[0080] Ensayo N° 2): Ensayo dinámico del sujetador de bloqueo en condiciones de carga transversal según DIN 65151 y DIN 25201 parte 4 (ensayo de vibraciones). El objetivo de esta prueba es simular el comportamiento de una unión atornillada en una aplicación "dinámica" en presencia de vibraciones.
[0081] Se aplicaron las siguientes condiciones de prueba: ciclos de vibración de prueba Junker 2000, grado de perno 10,9, perno tuerca arandela de zinc-escama recubiertos, precarga 21,2 kN, dureza de superficie de cojinete: 200 HV, frecuencia: 12,5 Hz.
[0082] Los resultados se dan en la Tabla 2 a continuación.
Tabla 1:
Tabla 2:
Claims (15)
1. Arandela que tiene un orificio central (3), un perno debajo de la superficie de enganche de la cabeza (4) y una superficie de enganche del cojinete (14) con un dentado en ambas superficies, en donde
- el dentado en el perno debajo de la superficie de acoplamiento de la cabeza (4) comprende una estructura de dientes de sierra (7), y
- el dentado en la superficie de acoplamiento del cojinete (14) comprende una pluralidad de dientes (15) que en la vista superior de la superficie de acoplamiento del cojinete (14) discurre en la dirección desde una circunferencia interior (5) a una circunferencia exterior (6) de la superficie de acoplamiento del cojinete (14),
caracterizada porque
- los bordes de la estructura de dientes de sierra (10) en vista superior del perno debajo de la cabeza, la superficie de acoplamiento (4) de la arandela (1) tienen una forma de bumerán con la punta de los bumeranes apuntando en la dirección de desapriete de la arandela,
- la pluralidad de dientes (15) que corren en vista superior de la superficie de acoplamiento del rodamiento (14) en la dirección desde el interior (5) hasta la circunferencia exterior (6) de la arandela (14) están inclinados con respecto a las líneas rectas que se extienden radialmente que se originan en el centro de la arandela (2) de modo que los extremos de los dientes cerca de la circunferencia interior de la arandela apunten en la dirección de apriete, y
- las secciones superiores de ambos dientes (17) y los dientes de sierra (18) en la vista en sección transversal de las estrías están redondeadas.
2. Arandela según la reivindicación 1, en donde el perno debajo de la superficie de acoplamiento de la cabeza (4) tiene un chaflán (8) en su periferia interior.
3. Arandela según las reivindicaciones 1 ó 2, en donde los dientes de sierra (7) de la estructura de dientes de sierra están directamente adyacentes entre sí de modo que no hay una sección plana del perno debajo de la superficie de acoplamiento de la cabeza entre los dientes de sierra (7).
4. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ángulo entre el flanco más plano (12) de los dientes de la sierra (7) y el plano perpendicular a la superficie de acoplamiento del perno debajo de la cabeza (4) atraviesa la extensión más alta de los dientes de sierra (7) es de 2 a 20°.
5. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ángulo entre el flanco empinado (11) de los dientes de la sierra (7) y el plano perpendicular a la superficie de acoplamiento del perno debajo de la cabeza (4) atraviesa la extensión más alta de los dientes de sierra (7) es de 55 a 75°.
6. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la altura de los dientes de sierra (7) es de 0,10 a 0,25 mm.
7. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dentado del perno debajo de la superficie de acoplamiento de la cabeza (4) de la arandela comprende entre 0,8 y 1,2 dientes de sierra (7) por mm de la circunferencia interior (5) de la arandela.
8. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las dos secciones extremas rectas (19), (21) de los bordes (10) en forma de bumerán de la estructura de dientes de sierra (7) encierran un ángulo de 100 a 170°.
9. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ángulo de inclinación definido como el ángulo entre líneas rectas que se extienden radialmente y que se originan en el centro de la arandela (2) y los dientes (15) en la vista superior de la superficie de acoplamiento del cojinete (14) es de 40 a 80°.
10. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los dientes (15) tienen forma recta en vista superior de la superficie de acoplamiento del cojinete (14).
11. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los dientes (15) están construidos de manera que los dientes en una posición que está desplazada en una cantidad de 0,2 a 0,3 del diámetro de la arandela exterior desde una línea recta que se extiende radialmente a través del centro de la arandela (2) son paralelos a dicha línea recta.
12. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los dientes (15) están diseñados de forma simétrica con respecto a la dirección perpendicular al plano de la arandela en vista en sección transversal de los dientes (15).
13. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la altura de los dientes (15) es de 0,10 a 0,25 mm.
14. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ángulo entre los flancos (16) de los dientes (15) en vista en sección transversal de los dientes (15) y el plano de la arandela es de 35 a 65°.
15. Arandela según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la sección redondeada constituye del 30% al 70% de la altura total de los dientes (15).
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