Un conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción que comprende:

un soporte (12) que tiene un taladro (14) central; un árbol (16) del husillo adaptado para sujetar a una herramienta (18) de soldadura y que tiene una porción (28) que interacciona con el soporte (12) para conformar un actuador adaptado para provocar el desplazamiento axial del árbol (16) del husillo con respecto al soporte (12); en el cual el soporte (12) comprende un cilindro (12) de soporte y la porción (28) del árbol (16) del husillo interacciona con una superficie interior del taladro (14) para conformar cámaras (30A, 30B) presurizables, las cuales cuando se presuricen provocarán el desplazamiento axial del árbol (16) del husillo con respecto al cilindro (12) de soporte ; caracterizado porque un dispositivo (24) sensor adaptado para proporcionar una señal de salida indicativa de al menos una de una fuerza coincidente con el desplazamiento axial del árbol (16) del husillo y una posición axial del árbol (16) del husillo; y dos conjuntos (20, 22) de cojinete situados en lados opuestos de la citada porción (28), permitiendo cada uno de los conjuntos de cojinete el desplazamiento en giro y axial simultaneo del árbol (16) del husillo con respecto al soporte (12); en el cual cada uno de los conjuntos (20, 22) de cojinete comprende elementos de cojinete hidrostáticos

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ANTECEDENTES DEL INVENTO

El presente invento se refiere a una máquina de soldadura por fricción. Más en concreto, el presente invento se refiere a un husillo para una máquina de soldadura por fricción de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

La soldadura por fricción es un proceso para soldar piezas componentes entre sí utilizando calor de fricción generado en una junta de soldadura para formar una zona plastificada que solidifica para unir secciones de las piezas de trabajo. La soldadura se realiza insertando un cabezal en el interior de una junta entre las secciones de las piezas de trabajo. El cabezal incluye una varilla que se inserta en el interior de la junta y un resalte, el cual se empuja contra las superficies de las piezas de trabajo. La varilla y el resalte giran juntos para generar calor de fricción para formar la zona plastificada a lo largo de la junta para la operación de soldadura.

Para formar una soldadura de calidad se deben controlar diferentes parámetros. Uno de los parámetros más críticos es la profundidad del cabezal. Como es sabido en el estado del arte, la profundidad del cabezal se puede controlar utilizando control de posición o control de carga. Por lo general el control de posición es difícil debido a las grandes cargas presentes en el husillo durante el proceso de soldadura. En concreto, el husillo y el cabezal están sometidos a una carga considerable, lo cual provocará flexión y doblado en diferentes componentes de los mismos, lo que a su vez afectará a la precisión de la medición de posición. En vista de que el husillo también debe operar en múltiples grados de libertad, la carga individual sobre los componentes del husillo puede variar dependiendo de la posición del husillo en el espacio. Además, en el control de posición también se debe tener en cuenta la expansión térmica del cabezal.

El documento DE 199 57 136 se refiere a un aparato de soldadura por fricción, para unir entre sí dos piezas de trabajo. El aparato tiene un árbol giratorio el cual está apoyado de forma giratoria mediante cojinetes en una estructura de guiado, donde la estructura de guiado está apoyada en el interior de una carcasa. Los rodamientos permiten el giro del árbol pero no permiten el movimiento del árbol en una dirección axial, mientras que el movimiento axial es proporcionado por el movimiento de la estructura de guiado en el interior de la carcasa.

También se ha usado el control de la carga para controlar el proceso de soldadura. El control de la carga requiere la medición de la carga o la fuerza normal sobre el cabezal de soldadura (es decir, la fuerza coincidente con el eje de giro del cabezal). Las técnicas del estado del arte anterior para el control de la carga requieren apoyar todo el conjunto del husillo sobre una o más células de carga. Dado que el conjunto del husillo es por lo general bastante pesado, las células de carga utilizadas deben ser de gran capacidad, lo cual aumenta el coste de la máquina sacrificando también por lo general la precisión.

RESUMEN DEL INVENTO

Un aspecto del presente invento es un husillo para soldadura por fricción que incluye un soporte que tiene un taladro central. Un árbol del husillo está adaptado para sujetar a una herramienta de soldadura por fricción y se extiende en el interior del taladro. Un conjunto de cojinete permite el desplazamiento simultáneo en giro y axial del árbol del husillo dentro del taladro con respecto al soporte. Un dispositivo sensor está adaptado para proporcionar una señal de salida indicativa de al menos una de una fuerza coincidente con el desplazamiento axial del árbol del husillo y la posición axial del árbol del husillo.

Una porción del árbol del husillo interacciona con el soporte, conformando un actuador adaptado para provocar el desplazamiento axial del árbol del husillo con respecto al soporte. Por ejemplo, el actuador puede ser accionado de manera fluida a partir de fluido a presión, en el cual la porción del árbol del husillo interacciona con la superficie interior del taladro para conformar cámaras presurizables, las cuales, cuando sean presurizadas, provocarán el desplazamiento axial del árbol del husillo con respecto al soporte. Se puede emplear accionamiento neumático o hidráulico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es una representación esquemática de un conjunto de husillo del presente invento.

La figura 2 es una vista en sección de una realización de ejemplo de un conjunto de husillo.

La figura 3 es una vista en perspectiva del conjunto de husillo de la figura 2.

La figura 4 es una vista de extremo del conjunto de husillo.

La figura 5 es una vista en sección aumentada de una porción de la figura 2.

La figura 6 es una vista en perspectiva del conjunto de husillo con una porción eliminada.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES ILUSTRATIVAS

En la figura 1 se muestra una ilustración esquemática de un conjunto 10 de husillo para soldadura por fricción que incorpora aspectos del presente invento. El conjunto 10 de husillo incluye un soporte 12 interior que tiene un taladro 14 central y una base 15 exterior. Un árbol 16 del husillo está situado dentro del taladro 14 y está adaptado para sujetar a una herramienta 18 de soldadura por fricción. Al menos un conjunto 20, 22 de cojinete permite el desplazamiento en giro y axial simultaneo del árbol 16 del husillo dentro del taladro 14 con respecto al soporte 12. Un dispositivo sensor, por ejemplo, la célula de carga 24, está acoplado operativamente al árbol 16 del husillo y está adaptado para proporcionar una señal de salida indicativa de una fuerza coincidente con el desplazamiento axial del árbol del husillo a lo largo de un eje 16A. Al permitir el desplazamiento en giro y axial del árbol 16 del husillo, el dispositivo sensor de carga, por ejemplo la célula de carga 24, no tiene por qué soportar todo el peso del conjunto 10 del husillo, en particular el peso de la base 15. Además, el dispositivo sensor de carga tiene mayor fidelidad con la fuerza a lo largo del eje 16A del husillo y de ese modo puede proporcionar una medición más exacta de la misma. El dispositivo sensor también puede ser un sensor de posición que proporcione una señal de salida indicativa de la posición axial del árbol 16 del husillo. Por lo general, el conjunto 10 del husillo está soportado por actuadores, no mostrados, conectados a la base, y se puede posicionar mediante ellos, pero estos componentes no forman parte del presente invento.

En una realización, el árbol 16 del husillo y el soporte 12 conforman un actuador adaptado para provocar el desplazamiento axial del árbol 16 del husillo a lo largo del eje 16A. En la figura 1, una porción 28 del árbol 16 del husillo está adaptada para interaccionar con el soporte 12 para conformar el actuador. Por ejemplo, como se ilustra, el soporte 12 puede comprender un cilindro en el cual la porción 28 del árbol 16 del husillo interacciona con la superficie interior del taladro 14 para conformar cámaras 30A y 30B presurizables, las cuales cuando se presuricen desde una fuente 32 de presión provocarán el desplazamiento axial del árbol 16 del husillo con respecto al soporte 12. Por ejemplo y sin limitación, la fuente 32 de presión puede funcionar de forma hidráulica proporcionando un fluido líquido a las cámaras 30A, 30B, o de forma neumática proporcionando un fluido en forma de gas a las cámaras 30A, 30B. En un ejemplo ilustrativo, el actuador puede comprender un actuador electromagnético en el cual la porción 28 u otra porción del árbol 16 del husillo puede incluir imanes permanentes o espiras que interaccionan con imanes o espiras proporcionados en el soporte 12. En otro ejemplo ilustrativo adicional, el actuador puede estar conformado como un tornillo de potencia.

Un motor 34 está acoplado al árbol 16 del husillo para hacer girar el citado árbol 16 del husillo y, de esta forma, la herramienta 18. El motor 34 puede ser un motor hidráulico, neumático o electromagnético, u otro dispositivo similar para hacer girar al árbol 16 del husillo. Un árbol de salida del motor 34 está acoplado al árbol 16 del husillo con un acoplamiento 36. En una primera realización, el acoplamiento 36 es rígido, de tal manera que el motor 34 será desplazado a lo largo del eje 16A del husillo junto con el árbol 16 del husillo. En tal caso, un vástago u otra estructura de reacción (ilustrada por las líneas 40 discontinuas) acopla... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción que comprende:

un soporte (12) que tiene un taladro (14) central;

un árbol (16) del husillo adaptado para sujetar a una herramienta (18) de soldadura y que tiene una porción (28) que interacciona con el soporte (12) para conformar un actuador adaptado para provocar el desplazamiento axial del árbol (16) del husillo con respecto al soporte (12); en el cual el soporte (12) comprende un cilindro (12) de soporte y la porción (28) del árbol

(16) del husillo interacciona con una superficie interior del taladro (14) para conformar cámaras (30A, 30B) presurizables, las cuales cuando se presuricen provocarán el desplazamiento axial del árbol (16) del husillo con respecto al cilindro (12) de soporte ; caracterizado porque

un dispositivo (24) sensor adaptado para proporcionar una señal de salida indicativa de al menos una de una fuerza coincidente con el desplazamiento axial del árbol (16) del husillo y una posición axial del árbol (16) del husillo; y dos conjuntos (20, 22) de cojinete situados en lados opuestos de la citada porción (28), permitiendo cada uno de los conjuntos de cojinete el desplazamiento en giro y axial simultaneo del árbol (16) del husillo con respecto al soporte (12);

en el cual cada uno de los conjuntos (20, 22) de cojinete comprende elementos de cojinete hidrostáticos.

2. El conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción de la reivindicación 1, en el cual el dispositivo (24) sensor comprende un sensor (32) de presión que capta presiones en las cámaras (30A, 30B).

3. El conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción de la reivindicación 1, en el cual el dispositivo (24) sensor comprende una célula de carga (24).

4. El conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción de la reivindicación 1 y que comprende además:

una base (15) del husillo; y

en el cual el dispositivo (24) sensor comprende una célula de carga (24) que acopla el soporte

(12) a la base (15) del husillo.

5. El conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción de la reivindicación 4 y que comprende además una pluralidad de células de carga (24) que acoplan el soporte (12) a la base (15) del husillo, estando las células de carga (24) espaciadas y situadas alrededor del árbol (16) del husillo.

6. El conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción de las reivindicaciones 1, 4 ó 5 y que comprende además un motor (34) acoplado al árbol (16) del husillo y en el cual el motor (34) se mueve axialmente con el árbol (16) del husillo.

7. El conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción de las reivindicaciones 1, 4, 5 ó 6 y que comprende además un sensor (110) de posición axial acoplado operativamente al árbol (16) del husillo y al soporte (12).

8. El conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción de la reivindicación 7, en el cual sensor

(110) de posición axial no hace contacto con el árbol (16) del husillo.

9. El conjunto (10) de husillo para soldadura por fricción de la reivindicación 8, en el cual el árbol

(16) del husillo incluye una porción (112) cónica que puede interaccionar con el sensor (110) de posición axial, en el cual un hueco existente entre la porción (112) cónica del árbol (16) del husillo y el sensor (110) de posición axial varía en función del desplazamiento axial del árbol (16) del husillo.