ES2236454T3 - Dispositivo de ensamblaje de una panel de material compuesto y de una estructura. - Google Patents
Dispositivo de ensamblaje de una panel de material compuesto y de una estructura.Info
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Abstract
Dispositivo de ensamblaje (10) de un panel (12) y de otra estructura (14), comprendiendo este dispositivo una pluralidad de fijaciones (16) repartidas a lo largo de una interfaz (I) entre el panel 12 y la estructura (14), comprendiendo cada una de las fijaciones (16) una tuerca (18) incrustada en el panel (12), en proximidad a la interfaz (I), y un tornillo de tracción (20) que atraviesa partes del panel (12) y de la estructura (14) adyacentes a la interfaz (I), según una primera dirección sensiblemente perpendicular a la interfaz, comprendiendo el citado tornillo una cabeza (20a) que apoya sobre la estructura (14), y un extremo fileteado atornillado en la tuerca (18), que se caracteriza porque las tuercas (18) de las diferentes fijaciones (16) están dispuestas según al menos dos filas (R1, R2, ..., R5) situadas a distancias diferentes de la interfaz y sensiblemente paralelas a la interfaz, de tal modo que las tuercas (18) de las fijaciones (16) contiguas están situadas en filas diferentes.
Description
Dispositivo de ensamblaje de un panel de material
compuesto y de una estructura.
La invención se refiere a un dispositivo de
ensamblaje de un panel y de una estructura cualquiera, entre los que
deben ser transmitidos esfuerzos importantes.
La invención se aplica, en particular, al caso en
que el panel esté realizado con un material compuesto, y en que la
estructura es metálica. Sin embargo, no está limitada a este caso
particular, y se refiere asimismo, por ejemplo, al ensamblaje de un
panel metálico y de una estructura metálica.
El dispositivo de ensamblaje según la invención,
puede ser utilizado en particular en aeronáutica, por ejemplo para
asegurar la unión entre el plano de sustentación y el fuselaje de
una aeronave, entre los paneles del plano de sustentación y entre
los tramos del fuselaje. El dispositivo de ensamblaje según la
invención puede ser también utilizado en el campo espacial, por
ejemplo para ensamblar diferentes tramos de un lanzador o sus
bombas de vacío. En efecto, éste permite que no se vea afectado, de
manera demasiado significativa, el estado de las superficies del
panel y, por consiguiente, las propiedades aerodinámicas del
ensamblaje.
Una técnica habitual de ensamblaje de dos piezas,
consiste en utilizar al menos una mordaza. Ésta se coloca sobre las
piezas a ensamblar, y se une a cada una de ellas por medio de
órganos de fijación tales como remaches, bulones, etc. Esta técnica
de ensamblaje se utiliza principalmente en aeronáutica, por ejemplo
para realizar las uniones entre el plano de sustentación y el
fuselaje de una aeronave. También puede utilizarse para realizar
las uniones entre dos partes del plano de sustentación o entre dos
partes del fuselaje.
Sin embargo, esta técnica conocida es larga y
delicada de poner en práctica, especialmente debido a que necesita
una gran precisión de los mandrilados en los que son recibidos los
órganos de fijación. Además, el sobre-espesor debido
a la presencia de la mordaza puede plantear, en algunos casos,
problemas de ensamblaje (por ejemplo, durante el ensamblaje de dos
elementos de un plano de sustentación delgado: la corta distancia
entre el intradós y el extradós, hace también que resulte difícil
la puesta en su lugar de una mordaza por el interior del plano de
sustentación), o de aerodinámica (por ejemplo, en caso de una
mordaza montada sobre la cara exterior de un plano de
sustentación).
Una técnica conocida para montar dos piezas sin
originar ninguna perturbación relativa en la aerodinámica, consiste
en utilizar la unión conocida como "piano", en función de su
aspecto que recuerda al diseño de las teclas de un piano. En este
tipo de ensamblaje, se mecanizan vaciados o alvéolos contiguos en
las caras exteriores de los paneles metálicos, a lo largo de los
bordes a ensamblar. El ensamblaje está asegurado por bulones
orientados según una dirección sensiblemente perpendicular a la
superficie de unión de los paneles, y sensiblemente paralela a su
cara exterior. Cada bulón comprende una tuerca y una cabeza
recibidas, respectivamente, en dos vaciados dispuestos frente a los
paneles ensamblados. En caso necesario, la continuidad de la
superficie mecanizada de los paneles queda asegurada mediante el
recubrimiento de los vaciados con una chapa de protección, o
rellenándolos con una resina (por ejemplo, cuando el ensamblaje se
realiza sobre una superficie exterior del avión; la continuidad de
la superficie permite entonces limitar los problemas de
aerodinámica).
Sin embargo, esta técnica de ensamblaje puede
aplicarse difícilmente cuando uno de los paneles está realizado en
material compuesto. En efecto, el mecanizado de vaciados profundos
yuxtapuestos cerca del borde del panel, haría perder a éste una
gran parte de su resistencia mecánica en esta zona.
El documento
US-A-5 171 099 describe un
dispositivo que permite ensamblar entre sí un panel de material
compuesto, y otra estructura. Este dispositivo comprende un
conjunto de fijaciones, repartidas regularmente a lo largo de la
interfaz entre las piezas.
Cada fijación comprende un primer orificio,
perforado en el panel de material compuesto, perpendicularmente a
sus caras, y en posición próxima al borde a ensamblar. Un cilindro
hueco, en el que se ha alojado una tuerca conocida como "tuerca
de barrilete", prisionera del citado cilindro, se inserta en este
primer orificio. Un segundo orificio, sensiblemente paralelo con
las dos caras del panel, atraviesa a este último entre el borde a
ensamblar y el primer orificio, sensiblemente a la misma distancia
de las citadas caras, es decir, en las proximidades de la fibra
neutra del panel.
En esta disposición conocida, el ensamblaje de
las dos piezas está asegurado, en cada fijación, por un tornillo de
tracción que atraviesa el segundo orificio formado en el panel, así
como por una brida solidaria con la estructura sobre la que se
desea fijar el panel. De manera más precisa, la cabeza del tornillo
apoya sobre la brida, mientras que su extremo fileteado se
atornilla en la tuerca de barrilete.
Un dispositivo de este tipo permite resolver el
problema planteado por el ensamblaje de un panel de material
compuesto y de otra estructura. Sin embargo, no permite transmitir
entre las dos piezas todos los esfuerzos que podrían soportar los
elementos estructurales si no estuvieran debilitados por el
dispositivo, como muestra la Figura 1 de los dibujos anexos.
La Figura 1 representa un sistema de coordenadas
en el que se ha llevado a las abscisas el paso P (expresado, por
ejemplo, en mm), que separa dos fijaciones consecutivas del
dispositivo de ensamblaje descrito en el documento
US-A-5 171 099, y a las ordenadas el
flujo F transmitido entre las dos piezas, es decir, la fuerza
transmitida por unidad de longitud de la unión. El flujo F puede
estar expresado, en particular, en daN/mm.
Según ilustra la curva A de la Figura 1, el flujo
F que puede ser soportado por el tornillo de tracción de las
diferentes fijaciones (en la hipótesis de un tornillo de sección
constante), aumenta cuando aumenta el número de fijaciones
realizadas en un dispositivo de ensamblaje de longitud dada, es
decir, cuando el paso P que separa dos fijaciones consecutivas
disminuye.
La curva B de la Figura 1 representa, en sí
misma, el flujo de desgarramiento del dispositivo de ensamblaje, es
decir, el flujo para el que se desgarra el panel de material
compuesto según la línea formada por los primeros orificios, bajo
el efecto de los esfuerzos aplicados entre las dos piezas. La curva
B muestra que el flujo máximo susceptible de ser transmitido a
través del dispositivo de ensamblaje disminuye cuando disminuye el
paso P que separa dos fijaciones consecutivas. En efecto, cuanto más
próximos están unos con otros los orificios de alojamiento de las
tuercas de barrilete, menos materia existe entre estas últimas en
el panel de material compuesto. Esto conlleva un debilitamiento del
panel, que puede desgarrarse entonces sensiblemente a lo largo de
la línea formada por los orificios.
El flujo máximo que puede ser así transmitido a
través del dispositivo de ensamblaje considerado, corresponde al
flujo Fo dado por la intersección de las curvas A y B de la Figura
1. Éste se obtiene para un paso Po entre las fijaciones.
Por consiguiente, el dispositivo de ensamblaje
descrito en el documento US-A-5 171
099 resulta inadecuado cuando los esfuerzos que deben poderse
transmitir a través del mismo superan el flujo máximo Fo como es el
caso de algunas aplicaciones, en particular en aeronáutica.
Se conoce también, por el documento
DE-C-197 33372, un dispositivo de
fijación de una pala de rotor de material compuesto estratificado,
sobre un cubo metálico. Esta fijación está asegurada por bulones
que se extienden paralelamente a las capas de la pala, y están
atornillados en las tuercas recibidas en los vaciados mecanizados
en la pala.
La invención tiene precisamente por objeto un
dispositivo de ensamblaje que utiliza fijaciones comparables a las
que se describen en el documento
US-A-5 171 099, especialmente con el
fin de poder asegurar la unión entre un panel de material compuesto
y otra estructura, todo ello presentando una disposición original
que permite transmitir esfuerzos sensiblemente más elevados.
De acuerdo con la invención, este resultado se
obtiene por medio de un dispositivo de ensamblaje de un panel y de
otra estructura, comprendiendo este dispositivo una pluralidad de
fijaciones repartidas a lo largo de una interfaz entre el panel y
la estructura, comprendiendo cada una de las fijaciones una tuerca
incrustada en el panel, en las proximidades de la interfaz, y un
tornillo de tracción que atraviesa partes del panel y de la
estructura adyacentes a la interfaz, según una dirección
sensiblemente perpendicular a la interfaz, comprendiendo dicho
tornillo una cabeza que apoya sobre la estructura, y un extremo
fileteado atornillado en la tuerca, que se caracteriza porque las
tuercas de las diferentes fijaciones están dispuestas según al menos
dos filas situadas a distancias diferentes de la interfaz y
sensiblemente paralelas con la interfaz, de tal modo que las
tuercas de las fijaciones contiguas están situadas en filas
diferentes.
Como se verá con mayor detalle en lo que sigue,
para un número de fijaciones dado, de dimensiones idénticas, esta
disposición permite aumentar, en el panel, la cantidad de materia
entre dos tuercas adyacentes, y por consiguiente, aumentar el flujo
de los esfuerzos susceptibles de ser transmitidos por medio del
dispositivo de ensamblaje.
En un modo de realización preferido de la
invención, cada tuerca está montada en un cilindro que atraviesa el
panel según una segunda dirección sensiblemente perpendicular a la
primera dirección y a las caras de dicho panel.
Ventajosamente, cada cilindro comprende entonces
una cabeza fresada, alojada en una huella complementaria formada
sobre la cara exterior del panel, de tal modo que una cara extrema
de la citada cabeza se empareja con la citada cara exterior. Esta
disposición permite en especial conservar las propiedades
aerodinámicas del panel, en aplicaciones aerospaciales.
En este caso, cada cilindro comprende igualmente,
con preferencia, un extremo fileteado en el que se atornilla una
segunda tuerca que apoya sobre una cara interna del panel. Esta
disposición es particularmente ventajosa en el caso de que el panel
esté realizado con material compuesto. En efecto, permite limitar
los fenómenos de deslaminación de este material que pudieran ser
provocados por la aplicación de esfuerzos de tracción/ compresión
esencialmente a través de los cilindros en los que se han montado
las tuercas.
Según una primera variante de realización de la
invención, los tornillos de tracción de las fijaciones cuyas
tuercas están dispuestas en filas diferentes, transmiten esfuerzos
sensiblemente diferentes, y presentan secciones más elevadas cuando
los esfuerzos transmitidos son más importantes.
Según una segunda variante de realización de la
invención, los tornillos de tracción de las fijaciones cuyas
tuercas están dispuestas en filas diferentes, transmiten esfuerzos
sensiblemente diferentes y están realizados en un material que
presenta una resistencia a la tracción más elevada cuando los
esfuerzos transmitidos son más importantes.
Según una tercera variante de realización de la
invención, los tornillos de tracción de las fijaciones cuyas
tuercas están dispuestas en filas diferentes, transmiten esfuerzos
sensiblemente diferentes y presentan un apriete más importante
cuando los esfuerzos transmitidos son más débiles.
Una aplicación preferida de la invención se
refiere al caso de que el panel esté realizado en material
compuesto. Esta aplicación no debe, sin embargo, ser considerada
como limitativa del alcance de la invención, afectando ésta
igualmente al conjunto de paneles metálicos.
Por último, cuando la estructura con la que se ha
ensamblado el panel es un panel metálico, los alvéolos que sirven
para alojar las cabezas de los tornillos de tracción están
mecanizados ventajosamente en este panel metálico.
Ahora se va a describir, a título de ejemplos no
limitativos, diferentes modos de realización de la invención, con
referencia a los dibujos anexos, en los que:
La Figura 1, ya descrita, ilustra con A las
variaciones de flujo F susceptible de ser aplicado a un dispositivo
de ensamblaje conforme al documento
US-A-5 171 099, y con B las
variaciones del flujo correspondiente en este caso al límite de
rotura de un panel de material compuesto, en función del paso P
entre las fijaciones;
La Figura 2 es una vista desde arriba, que
representa un dispositivo de ensamblaje según un primer modo de
realización de la invención;
La Figura 3 es una vista desde arriba comparable
a la Figura 2, que representa un dispositivo de ensamblaje según un
segundo modo de realización de la invención;
La Figura 4 es una vista en corte según la línea
IV-IV de la Figura 2, que representa a mayor
tamaño, una de las fijaciones del dispositivo de ensamblaje;
La Figura 5 es una vista desde arriba de la
fijación en corte parcial, según la línea V-V de la
Figura 4;
La Figura 6 es una vista comparable a la Figura
1, sobre la que se han representado las curvas A y B, así como una
curva B' que ilustra las variaciones del flujo correspondiente al
límite de rotura de un panel de material compuesto, en función del
paso P, en el caso de un dispositivo de unión conforme a la
invención, y
La Figura 7 es una vista en corte comparable a la
Figura 4, que ilustra una variante de realización de la
invención.
Según ilustra esquemáticamente la Figura 2,
mediante una vista tomada desde arriba, la invención afecta a un
dispositivo de ensamblaje 10 que permite asegurar la unión entre un
panel 12 y otra estructura 14.
El panel 12 presenta una cara 12a (Figura 4),
prevista para ser vuelta hacia el exterior, denominada "cara
exterior" (orientada hacia arriba en la Figura 2), una cara 12b
(Figura 4) prevista para ser vuelta hacia el interior, denominada
"cara interior" (orientada hacia abajo en la Figura 2), y un
borde 12c previsto para ser montado en la estructura 14 mediante el
dispositivo de ensamblaje 10. Las caras exterior 12a e interior
12b, pueden ser planas y paralelas una con otra, o presentar
cualquier otra forma, sin apartarse del marco de la invención.
Además, el borde 12c puede ser plano y rectilíneo, como se ha
representado en la Figura 2, curvo o en forma de línea quebrada,
sin apartarse del marco de la invención.
En los modos de realización preferidos de la
invención, representados en las Figuras, el panel 12 está realizado
en material compuesto. De manera más precisa, comprende un
apilamiento de capas de fibras largas tejidas o no, incrustadas en
una matriz de resina, siendo realizado el citado apilamiento por
drapeado, según técnicas bien conocidas por los expertos en la
materia, de forma sensiblemente paralela con al menos una de las
caras exterior 12a e interior 12b del panel o con la fibra neutra
de éste, situada a igual distancia de las citadas caras. Como
variante, el panel 12 puede estar realizado, sin embargo, con otro
material, tal como un metal, sin apartarse del marco de la
invención.
En los modos de realización representados a
título de ejemplos en las Figuras, la estructura 14 tiene asimismo
la forma de un panel susceptible de ser ensamblado borde a borde
con el panel 12. En este caso, la estructura 14 comprende una cara
delantera 14a (Figura 4) prevista para ser situada en la
prolongación de la cara exterior 12a del panel 12, una cara trasera
14b (Figura 4) prevista para ser colocada en la prolongación de la
cara interior 12b del panel 12, y un borde 14c complementario con
el borde 12c del panel 12. Cuando se ensamblan el panel 12 y la
estructura 14 con la ayuda del dispositivo de ensamblaje 10, los
bordes 12c y 14c se fijan uno al otro según una interfaz I
común.
Como variante, la estructura 14 puede presentar
asimismo cualquier otra forma, sin apartarse del marco de la
invención. En este caso, el borde 14c puede ser formado
principalmente en una o varias bridas previstas a este efecto, como
se describe en el documento US-A-5
171 099. La estructura 14 es metálica en general.
Tal y como ilustra la Figura 2 de manera más
precisa, el dispositivo de ensamblaje 10 comprende una pluralidad
de fijaciones 16, repartidas a lo largo de la interfaz I definida
entre los bordes 12c y 14c. De manera más precisa, las fijaciones
16 actúan sensiblemente según la fibra neutra del panel 12, y están
regularmente repartidas a lo largo de la interfaz I según un paso P
dado.
Tal y como ilustran con mayor detalle las Figuras
4 y 5, cada una de las fijaciones 16 comprende una tuerca 18,
incrustada en el panel 12, y un tornillo de tracción 20 que
atraviesa partes del panel 12 y de la estructura 14 adyacentes a la
interfaz I, según una primera dirección perpendicular a esta
interfaz, y que pasan sensiblemente por la fibra neutra del panel
12.
De manera más precisa, la tuerca 18 está
aprisionada en un cilindro hueco 22, alojado en sí mismo en un
orificio 24 que atraviesa el panel 12, en proximidad a la interfaz
I, según una segunda dirección sensiblemente perpendicular a la
primera, así como a las caras exterior 12a e interior 12b del panel
12. La tuerca 18 está montada en el cilindro 22 de tal manera que
su eje esté orientado según la primera dirección cuando el cilindro
se encuentra recibido en el orificio 24. El ensamblaje de la tuerca
18 en el cilindro 22, puede ser realizado de cualquier forma sin
abandonar el marco de la invención.
El tornillo 20 se encuentra alojado en un
orificio 26 que se ha mecanizado según la primera dirección en las
partes del panel 12 y de la estructura 14 adyacentes a la interfaz
I. El orificio 26 desemboca en el orificio 24, de tal modo que un
extremo fileteado del tornillo 20 puede ser atornillado en la tuerca
18. Por su extremo opuesto, el tornillo 20 incluye una cabeza 20a,
prevista para apoyar contra una superficie de apoyo 28 de la
estructura 14. De este modo, cuando el tornillo 20 está atornillado
en la tuerca 18 de tal modo que su cabeza 20a esté apoyada contra
la superficie 28, se monta el panel 12 en la estructura 14
aplicando sus bordes 12c y 14c uno contra otro.
En los modos de realización representados en las
Figuras, que se refieren a todos los casos en que la estructura 14
es un panel metálico, la cabeza 20a del tornillo 20 se encuentra
recibida en un vaciado 30 mecanizado en la cara exterior 14a de
este panel, y la superficie de apoyo 28 ha sido formada en una de
las caras de este vaciado. Una placa de protección puede cerrar
entonces el vaciado 30, especialmente para asegurar la continuidad
aerodinámica de la cara exterior 14a.
En otros modos de realización, no representados,
que se refieren al caso en que la estructura 14 no tiene forma de
panel, la superficie de apoyo 28 está constituida por la cara de
una brida solidaria con la citada estructura, opuesta al borde
14c.
De acuerdo con la invención, y según ilustran en
particular las Figuras 2 y 3, en lugar de estar todas dispuestas a
igual distancia de la interfaz I, las tuercas 18, así como los
cilindros 22 en los que están aprisionadas, y los orificios 24 en
los que son recibidos estos cilindros, están dispuestos según al
menos dos filas distintas, situadas a distancias diferentes de la
interfaz I. De manera más precisa, las diferentes filas son todas
paralelas con la interfaz I, y la disposición es tal que las
tuercas 18 pertenecientes a fijaciones 16 contiguas, están situadas
en filas diferentes.
En la Figura 2, se ha representado un primer modo
de realización en el que las tuercas 18 están dispuestas según dos
filas, designadas con las referencias R1 y R2.
La Figura 3 representa, en sí misma, un segundo
modo de realización en el que las tuercas 18 están dispuestas según
cinco filas diferentes, designadas mediante las referencias R1, R2,
R3, R4 y R5.
Para un número dado de fijaciones 16, esta
disposición al tresbolillo de las tuercas 18, permite aumentar la
cantidad de materia entre dos orificios 24 correspondientes a dos
fijaciones consecutivas. De ello resulta un menor debilitamiento
del panel frente a los esfuerzos de tracción y de compresión. Esta
disposición permite así reducir el paso efectivo de las fijaciones
16, y aumentar proporcionalmente el flujo de los esfuerzos
susceptibles de ser transmitidos por el dispositivo de ensamblaje
10.
Al igual que la Figura 1 descrita anteriormente,
la Figura 6 representa un diagrama coordenado en el que se ha
llevado a las abscisas el paso P (en mm) entre dos fijaciones 16,
y a las ordenadas el flujo F (en daN/mm) de los esfuerzos
transmitidos entre el panel 12 y la estructura 14.
En la Figura 6 puede observarse la curva A que
representa la evolución del flujo susceptible de ser soportado por
el tornillo de tracción 20, en función del paso P que separa dos
fijaciones 16 consecutivas.
Asimismo, se ha representado en la Figura 6 la
curva B de la Figura 1, que ilustra las variaciones, en función del
paso P, del flujo de desgarramiento de un panel de material
compuesto ensamblado con otra estructura por medio de un
dispositivo de ensamblaje realizado según la técnica anterior, es
decir, en el que todas las tuercas de las diferentes fijaciones se
encuentran a una misma distancia de la interfaz.
Por comparación, la curva B' de la Figura 6
ilustra las variaciones, en función del paso P, del flujo de
desgarramiento de un panel de material compuesto ensamblado con
otra estructura mediante el dispositivo de ensamblaje realizado
según la invención, es decir, en el que las tuercas 18 están
dispuestas alternativamente según al menos dos filas
diferentes.
La comparación de los puntos de intersección de
la curva A con las curvas B y B', muestra que el flujo máximo Fo'
de los esfuerzos susceptibles de ser transmitidos por el
dispositivo de ensamblaje 10 según la invención, es muy superior al
flujo máximo Fo que puede transmitir un dispositivo de ensamblaje
de la técnica anterior. Además, la Figura 6 muestra igualmente que
el flujo máximo Fo' se obtiene gracias a la invención para un paso
Po' sensiblemente inferior al paso Po correspondiente al flujo
máximo Fo de la técnica anterior.
En el modo de realización ilustrado en las
Figuras 4 y 5, el cilindro hueco 22 está enrasado con las caras
exterior 12a e interior 12b del panel 12 sin estar fijado a
éste.
En una variante de realización ilustrada en la
Figura 7, el cilindro hueco 22 incluye una cabeza fresada 22a, que
está alojada en una huella de forma complementaria formada en la
cara exterior 12a del panel 12, en el extremo del orificio 24. Esta
disposición permite conservar el carácter aerodinámico de la
superficie exterior 12a del panel 12, evitando la presencia de
irregularidades sobre esta superficie.
El extremo opuesto del cilindro hueco 22
incorpora un fileteado exterior en el que se ha atornillado una
tuerca 34. Durante el ensamblaje del cilindro, la tuerca 34 apoya
sobre la cara interior 12b del panel 12, de modo que aprieta sobre
esta última entre la cabeza 22a y la tuerca 34, según el eje del
cilindro 22. Este apriete permite limitar los fenómenos de
deslaminación del material compuesto, y de rotura del ensamblaje,
que podrían estar provocados por los esfuerzos de tracción y de
compresión esencialmente aplicados al panel 12 por medio de los
cilindros 22.
En el dispositivo de ensamblaje 10 según la
invención, los esfuerzos que son transmitidos por las fijaciones 16
cuyas tuercas 18 están situadas en filas diferentes, pueden ser
sensiblemente diferentes. En base a esta observación, se proponen
diferentes modos o variantes de realización de la invención.
Según una primera variante, se proporciona a los
tornillos de tracción 20 fijaciones 16 cuyas tuercas 18 están
situadas en filas diferentes de las secciones más elevadas cuando
los esfuerzos transmitidos son más importantes, y a la inversa.
Según una segunda variante de realización de la
invención, se realizan los tornillos de tracción 20 de las
fijaciones 16 cuyas tuercas 18 están dispuestas en filas
diferentes, con un material cuya resistencia a la tracción es más
elevada cuando los esfuerzos transmitidos son más importantes, y a
la inversa.
Según una tercera variante de realización, se
aprietan más fuertemente los tornillos de tracción 20 cuyas tuercas
están dispuestas en filas diferentes cuando los esfuerzos
transmitidos son más débiles, y a la inversa. Se aplican así
pre-limitaciones a los tornillos que transmiten los
esfuerzos más débiles, de modo que los esfuerzos aplicados al
dispositivo de ensamblaje se reparten de manera más homogénea entre
las diferentes fijaciones.
Además, debe apreciarse que los esfuerzos
susceptibles de ser transmitidos a través del dispositivo de
ensamblaje según la invención, son tanto más elevados cuanto más
grande sea la distancia que separa las diferentes filas. En efecto,
ello conlleva un aumento de la cantidad de materia (y por tanto de
la sección de cizallamiento) entre los orificios 24 de las
fijaciones 16 adyacentes, que pertenecen a filas diferentes. Esto
tiene como efecto retardar la rotura del material compuesto y
utilizar incluso más las capacidades de los tornillos de tracción
20, sin aumentar la masa de manera sustancial. En el mismo sentido,
un aumento de la distancia que separa la primera fila (R1 en las
Figuras 2 y 3) de la interfaz I tiene el mismo efecto.
Se han efectuado ensayos comparativos sobre una
primera muestra realizada según la técnica anterior y sobre una
segunda muestra realizada conforme a la invención. En los dos
casos, se ha utilizado una muestra de fibras de carbono,
constituida por un apilamiento de 240 pliegues de material
IM7/977-2 de 145 g/m2. Cada una de las fijaciones
comprendía un cilindro de 25 mm de diámetro, de Marval X12H, ref.
NSA5081, y un tornillo de tracción de 15,9 mm de diámetro, de
Inconel 718 1510 Mpa.
La primera muestra comprendía dos fijaciones
cuyos ejes estaban separados uno del otro por 57,6 mm, y situados a
50 mm de los bordes laterales de la muestra, estando asimismo los
ejes de los cilindros separados por 50 mm del borde de la muestra
que simula la interfaz del ensamblaje. La rotura de esta primera
muestra ha ocurrido a 58880 daN, por rotura de los tornillos de
tracción. Sólo la adición de una tercera fijación intermedia
permitió transmitir esfuerzos más importantes. Sin embargo, una
fijación idéntica a las dos anteriores, según la técnica anterior,
condujo a un debilitamiento muy importante del material compuesto,
lo que impidió examinar esta solución.
La segunda muestra probada, incluye las dos
mismas fijaciones que la primera, así como una tercera fijación
intermedia situada a igual distancia de las dos anteriores. El
cilindro de la tercera fijación está más alejado del borde de la
muestra que simula la interfaz, que los cilindros de las dos
primeras fijaciones. De manera más precisa, este cilindro está
situado en una segunda fila, distante 50 mm de la primera fila en
la que están situados los cilindros de las dos primeras fijaciones.
La rotura de esta segunda muestra se produjo, por cizallamiento en
el material compuesto, para un esfuerzo de tracción de 84570
daN.
De este modo, los ensayos que se han efectuado
muestran que el "flujo de unión", definido como la relación
entre el esfuerzo transmitido por cada una de las fijaciones y el
paso aparente de éstas, es igual a 511 daN/mm (58880/(2x57,6)) para
la primera muestra (técnica anterior), y a 979 daN/mm
(84570/(3x28,8)) para la segunda muestra (invención). Estas
observaciones muestran que la realización de la invención permite
doblar sensiblemente el flujo máximo que puede transmitir el
dispositivo de ensamblaje merced al doblamiento del paso que resulta
posible por la disposición al tresbolillo de las tuercas en las que
se atornillan los tornillos de tracción.
Bien entendido, la invención no se limita a los
modos de realización y variantes que se han descrito a título de
ejemplo, sino que cubre todos los modos de realización y variantes
abarcados por el alcance de las reivindicaciones. Así, incluso
aunque la invención sea particularmente ventajosa en el caso en que
el panel esté realizado con material compuesto, teniendo en cuenta
los problemas de desgarramiento planteados por un panel de ese
tipo, también puede ser utilizada con paneles realizados con
cualquier otro material, y en particular metálicos. Por otra parte,
el ensamblaje tuerca-cilindro hueco puede presentar
cualquier otra forma conocida por el experto en la materia sin
apartarse del marco de la invención.
Claims (9)
1. Dispositivo de ensamblaje (10) de un panel
(12) y de otra estructura (14), comprendiendo este dispositivo una
pluralidad de fijaciones (16) repartidas a lo largo de una interfaz
(I) entre el panel 12 y la estructura (14), comprendiendo cada una
de las fijaciones (16) una tuerca (18) incrustada en el panel (12),
en proximidad a la interfaz (I), y un tornillo de tracción (20) que
atraviesa partes del panel (12) y de la estructura (14) adyacentes a
la interfaz (I), según una primera dirección sensiblemente
perpendicular a la interfaz, comprendiendo el citado tornillo una
cabeza (20a) que apoya sobre la estructura (14), y un extremo
fileteado atornillado en la tuerca (18), que se caracteriza
porque las tuercas (18) de las diferentes fijaciones (16) están
dispuestas según al menos dos filas (R1, R2, ..., R5) situadas a
distancias diferentes de la interfaz y sensiblemente paralelas a la
interfaz, de tal modo que las tuercas (18) de las fijaciones (16)
contiguas están situadas en filas diferentes.
2. Dispositivo de ensamblaje según la
reivindicación 1, en el que cada tuerca (18) está montada en un
cilindro (22) que atraviesa el panel (12) según una segunda
dirección sensiblemente perpendicular a la primera dirección y a las
caras (12a, 12b) de dicho panel.
3. Dispositivo de ensamblaje según la
reivindicación 2, en el que cada cilindro (22) comprende una cabeza
fresada (22a), alojada en una huella complementaria formada en una
cara exterior (12a) del panel (12), de tal modo que una cara
extrema de la citada cabeza está enrasada con la citada cara
exterior.
4. Dispositivo de ensamblaje según la
reivindicación 3, en el que cada cilindro (22) comprende asimismo
un extremo fileteado, en el que se atornilla una segunda tuerca
(34) que apoya sobre una cara interior (12b) del panel (12).
5. Dispositivo de ensamblaje según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los tornillos de tracción
(20) de las fijaciones (16) cuyas tuercas (18) están dispuestas en
filas (R1, R2, ..., R5) diferentes, transmiten esfuerzos
sensiblemente diferentes, y presentan secciones más elevadas cuando
los esfuerzos transmitidos son más importantes.
6. Dispositivo de ensamblaje según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los tornillos de tracción
(20) de las fijaciones (16) cuyas tuercas (18) están dispuestas en
filas (R1, R2, ..., R5) diferentes, transmiten esfuerzos
sensiblemente diferentes, y están realizados con un material que
presenta una resistencia a la tracción más elevada cuando los
esfuerzos transmitidos son más importantes.
7. Dispositivo de ensamblaje según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los tornillos de tracción
(20) de las fijaciones (16) cuyas tuercas (18) están dispuestas en
filas (R1, R2, ..., R5) diferentes, transmiten esfuerzos
sensiblemente diferentes, y presentan un apriete más importante
cuando los esfuerzos transmitidos son más débiles.
8. Dispositivo de ensamblaje según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho panel (12) está
realizado con un material compuesto.
9. Dispositivo de ensamblaje según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la citada estructura (14)
es un panel metálico, estando los vaciamientos (30) que sirven para
alojar las cabezas (20a) de los tornillos de tracción (20)
mecanizados en el citado panel metálico.
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