Desviación neumática de un accionador lineal e implementaciones de la misma.

Aparato (100) accionador lineal mecánico desviable neumáticamente para ejercer una fuerza bidireccional a lolargo de un eje de movimiento entre una primera estructura (104) y una segunda estructura (106),

en el que almenos una de las estructuras es móvil a lo largo del eje (102) de movimiento, comprendiendo el aparato accionadorlineal al menos un accionador lineal desviable neumáticamente que tiene:

unos elementos de accionamiento (112) y accionado (114) conectados entre sí en una disposición deaccionamiento mecánica para su movimiento entre sí a lo largo del eje de movimiento; y

una disposición (116) de desviación neumática conectada funcionalmente entre el elemento de accionamientoy el elemento accionado para aplicar una fuerza de desviación unidireccional entre los elementos deaccionamiento y accionado a lo largo del eje de movimiento, independientemente de la posición o elmovimiento de los elementos de accionamiento y accionado entre sí a lo largo del eje de movimiento,caracterizado porque la disposición de desviación neumática comprende un primer y un segundo elementos(118, 120) de cilindro neumáticos conectados entre sí para un movimiento recíproco entre sí a lo largo del eje(102) de movimiento y que definen conjuntamente una cavidad (122) de fluido entre los mismos que define unvolumen para alojar un fluido a presión, estando unido el primer elemento de cilindro de forma fija al elementode accionamiento para su movimiento con el mismo a lo largo del eje de movimiento y estando unido elsegundo elemento de cilindro de forma fija al elemento accionado para su movimiento con el mismo, de modoque el movimiento relativo de los elementos accionado y de accionamiento entre sí en una dirección a lo largodel eje de movimiento provoca un aumento en el volumen de la cavidad y el movimiento de los elementosaccionado y de accionamiento entre sí en una dirección opuesta a lo largo del eje de movimiento provoca unadisminución en el volumen de la cavidad.

Desviación neumática de un accionador lineal e implementaciones de la misma Referencia cruzada a solicitudes de patente relacionadas Esta patente reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional de Estados Unidos número 60/720.592, presentada el 26 de septiembre de 2005, y de la solicitud de patente no provisional de Estados Unidos con número de solicitud 505708-PCT, presentada el 25 de septiembre de 2006, que reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional de Estados Unidos número 60/720.592, cuyas descripción y enseñanzas se incorporan en la presente memoria en su totalidad a título de referencia.

Campo de la invención Esta invención se refiere a accionadores lineales y, de forma más específica, a accionadores lineales mecánicos, adecuados para usar en maquinaria tal como prensas de conformación de metal, cizalladoras, frenos y amortiguadores de matriz.

Antecedentes de la invención La práctica moderna de fabricación requiere con frecuencia maquinaria que incluye accionadores lineales para cortar, conformar, troquelar y/o unir entre sí componentes conformados a partir de materiales primarios en varias formas, tal como láminas, barras, lingotes o partículas. Con frecuencia, este tipo de maquinaria debe aplicar cargas de compresión considerables, por ejemplo, de 75 a 100 toneladas, y debe ser capaz de realizar tiempos de ciclo rápidos para favorecer una producción eficaz, efectiva y de bajo coste.

La maquinaria de alta capacidad, por ejemplo, del tipo usado en el corte y conformación de paneles de carrocería de vehículos a motor y similares, tiene de forma típica una primera y una segunda estructuras en forma de platinas superior e inferior, soportando cada una una parte de un conjunto de matriz. De forma típica, la platina superior y la matriz superior son accionadas verticalmente con un movimiento recíproco por un mecanismo de accionamiento que incluye algún tipo de accionador lineal. De forma general, la platina inferior y la matriz inferior son estacionarias, aunque en ciertos tipos de maquinaria de conformación de metal utilizados ampliamente es posible usar un mecanismo de amortiguación de matriz, adyacente a la platina inferior, para sujetar el perímetro exterior de una lámina de material conformada por el conjunto de matriz. Tales mecanismos de amortiguación de matriz también pueden incluir una pluralidad de accionadores lineales para mantener la presión de sujeción sobre los bordes de la pieza conformada, ya que la pieza conformada se mueve verticalmente durante su conformación por parte del conjunto de matriz.

En el pasado, los accionadores lineales del tipo usado en la maquinaria de conformación de material consistían principalmente en accionadores hidráulicos y/o neumáticos. De forma típica, los accionadores hidráulicos y/o neumáticos son capaces de producir fuerzas funcionales elevadas a velocidades de ciclo razonablemente altas durante una vida de funcionamiento relativamente larga de la máquina. No obstante, en ocasiones, los accionadores hidráulicos y/o neumáticos tienen un tamaño físico bastante grande y requieren de equipos auxiliares, tal como bombas, válvulas, depósitos de fluido y dispositivos de refrigeración de fluido, que también tienen un tamaño físico bastante grande. Con frecuencia, los accionadores hidráulicos requieren un mantenimiento considerable y tienen tendencia a presentar escapes durante la vida de funcionamiento de la máquina. De forma típica, los accionadores neumáticos no pueden ser controlados en el grado requerido por las operaciones de prensado con matriz modernas.

A medida que los métodos de conformación se han sofisticado, los accionadores accionados mecánicamente, con mecanismos tales como, por ejemplo, husillos de bolas, husillos de rodillos o disposiciones de cremallera y piñón, han empezado a sustituir los accionadores hidráulicos tradicionales. De forma típica, tales accionadores mecánicos tienen un tamaño físico más pequeño que un accionador hidráulico correspondiente y pueden presentar una respuesta más rápida y tener una mayor capacidad de control que los accionadores hidráulicos. Los accionadores mecánicos también eliminan el problema de escapes de fluido inherente al uso de accionadores hidráulicos. Las publicaciones de patente de Estados Unidos que describen accionadores mecánicos para usar en maquinaria de conformación de material incluyen: 5.522.713, de Lian; 5.435.166, de Sunada; 6.640.601 B2, de Hatty; 5.656.903, de Shui, et al.; y US 2006/0090656 A1, de Iwashita, et al. US3638534 describe una herramienta de aplicación de fijaciones con medios de retención de émbolo neumáticos mejorados, en la que se utiliza un breve pulso de fluido a presión para devolver un émbolo a una posición normal, aplicando de este modo la fijación.

Por ejemplo, en un aparato de amortiguación de matriz sofisticado, es posible colocar una pluralidad de accionadores lineales próximamente entre sí alrededor del perímetro de la pieza conformada. A medida que se conforma la pieza conformada, es posible variar la presión de sujeción aplicada por cada uno de los accionadores lineales individuales, por ejemplo, mediante un aparato de control numérico, para permitir el movimiento del material en secciones seleccionadas de la periferia a efectos de descartar la rotura o formación de arrugas en la pieza conformada durante el proceso de conformación. Para permitir dicha colocación próxima de los accionadores

lineales, los accionadores lineales deben tener un tamaño físico pequeño. También es deseable que, si un accionador de la pluralidad de accionadores lineales debe ser reparado o sustituido, los accionadores lineales individuales sean de naturaleza modular para facilitar la extracción y sustitución del accionador defectuoso, de modo que sea posible reiniciar la producción con la máquina de conformación de material que tiene el amortiguador de matriz lo más rápidamente posible. En tales aplicaciones, sería deseable usar accionadores mecánicos en vez de usar accionadores hidráulicos, debido a su tamaño más pequeño y a la estructura inherentemente más modular de los accionadores mecánicos en comparación con los accionadores hidráulicos.

A pesar de sus ventajas inherentes significativas en muchos aspectos con respecto a los accionadores hidráulicos, el uso de accionadores mecánicos en maquinaria de conformación de material se ha visto limitado hasta la actualidad debido al fallo por desgaste y fatiga de los componentes mecánicos del accionador mecánico, resultado de las grandes fuerzas y cargas cíclicas sobre los componentes mecánicos, inherentes al uso de accionadores lineales en maquinaria de conformación de material.

Por lo tanto, es deseable dar a conocer aparatos y métodos mejorados para utilizar accionadores lineales accionados mecánicamente en maquinaria de conformación de material, de manera que se superen los problemas mencionados anteriormente. También es deseable dar a conocer tales aparatos y métodos mejorados en una forma que pueda adaptarse fácilmente para su uso como accionador lineal principal, por ejemplo, en una prensa de platina o en una cizalladora de corte de metal, y en aplicaciones, tal como un mecanismo de amortiguación de matriz, que tienen una pluralidad de accionadores lineales que realizan una función de sujeción secundaria en combinación con uno o más accionadores lineales que aplican una fuerza principal en una operación de conformación de material. También es deseable que un aparato y un método mejorados de este tipo sean además fácilmente controlables y/o reconfigurables para que una máquina de conformación de material determinada pueda ser usada de forma ventajosa en varias operaciones y/o, por ejemplo, con conjuntos de matriz de diversos tamaños y pesos.

Breve resumen de la invención La invención da a conocer un método y un aparato mejorados para fabricar y hacer funcionar un accionador lineal o un equipo que incorpora un accionador lineal, conectando funcionalmente una disposición neumática de desviación por presión entre el elemento de accionamiento y el elemento accionado de un accionador lineal mecánico para aplicar una fuerza de desviación unidireccional entre los elementos de accionamiento y accionado, a lo largo de un eje de movimiento, independientemente de la posición o el movimiento de los elementos de accionamiento y accionado entre sí a lo largo del eje de movimiento.

De este modo, la práctica de la invención descarta una inversión en la dirección de las fuerzas en la unión de los elementos de accionamiento y accionado del accionador lineal cuando el accionador lineal ejerce una fuerza bidireccional a lo largo del eje de movimiento entre una primera estructura y una segunda... [Seguir leyendo]

1. Aparato (100) accionador lineal mecánico desviable neumáticamente para ejercer una fuerza bidireccional a lo largo de un eje de movimiento entre una primera estructura (104) y una segunda estructura (106) , en el que al menos una de las estructuras es móvil a lo largo del eje (102) de movimiento, comprendiendo el aparato accionador lineal al menos un accionador lineal desviable neumáticamente que tiene:

unos elementos de accionamiento (112) y accionado (114) conectados entre sí en una disposición de accionamiento mecánica para su movimiento entre sí a lo largo del eje de movimiento; y

una disposición (116) de desviación neumática conectada funcionalmente entre el elemento de accionamiento y el elemento accionado para aplicar una fuerza de desviación unidireccional entre los elementos de accionamiento y accionado a lo largo del eje de movimiento, independientemente de la posición o el movimiento de los elementos de accionamiento y accionado entre sí a lo largo del eje de movimiento, caracterizado porque la disposición de desviación neumática comprende un primer y un segundo elementos (118, 120) de cilindro neumáticos conectados entre sí para un movimiento recíproco entre sí a lo largo del eje (102) de movimiento y que definen conjuntamente una cavidad (122) de fluido entre los mismos que define un volumen para alojar un fluido a presión, estando unido el primer elemento de cilindro de forma fija al elemento de accionamiento para su movimiento con el mismo a lo largo del eje de movimiento y estando unido el segundo elemento de cilindro de forma fija al elemento accionado para su movimiento con el mismo, de modo que el movimiento relativo de los elementos accionado y de accionamiento entre sí en una dirección a lo largo del eje de movimiento provoca un aumento en el volumen de la cavidad y el movimiento de los elementos accionado y de accionamiento entre sí en una dirección opuesta a lo largo del eje de movimiento provoca una disminución en el volumen de la cavidad.

2. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además un elemento de ajuste de volumen dispuesto de forma móvil en el interior de la cavidad de fluido para modificar el volumen disponible para alojar fluido a presión en la cavidad.

3. Aparato según la reivindicación 2, que comprende además una disposición (150) de control para controlar la cantidad de gas a presión en el volumen.

4. Aparato según la reivindicación 3, en el que la disposición de control ajusta la cantidad de gas a presión en el volumen para mantener un nivel deseado de fuerza de desviación unidireccional.

5. Aparato según la reivindicación 3, que comprende además al menos dos accionadores lineales y una disposición de control común para controlar la cantidad de gas a presión en los volúmenes de cada uno de los al menos dos accionadores lineales.

6. Aparato según la reivindicación 1, en el que los elementos de accionamiento y accionado y el primer y segundo elementos de cilindro están dispuestos todos coaxialmente a lo largo del eje de movimiento.

7. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además una cantidad de gas a presión dispuesta en el interior del volumen de la disposición de desviación neumática suficiente para generar la fuerza de desviación unidireccional entre los elementos de accionamiento y accionado.

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que la aplicación de fuerza de accionamiento en el elemento de accionamiento genera una fuerza de accionamiento en el elemento accionado, y la cantidad de gas a presión genera una presión suficiente en el interior de la cavidad para mantener la fuerza de desviación unidireccional entre los elementos de accionamiento y accionado independientemente de la dirección o nivel de la fuerza de accionamiento.

9. Aparato según la reivindicación 8, en el que la primera y segunda estructuras aplican una carga funcional en el accionador y la cantidad de gas a presión en la cavidad genera una presión suficiente en el interior de la cavidad para mantener la fuerza de desviación unidireccional entre los elementos de accionamiento y accionado independientemente de la dirección o nivel de la carga funcional en el accionador e independientemente de la posición o el movimiento relativos de la primera y segunda estructuras entre sí.

10. Aparato según la reivindicación 9, que comprende además una disposición de control para controlar la cantidad de gas a presión en el volumen.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que la disposición de control ajusta la cantidad de gas a presión en el volumen para mantener un nivel deseado de fuerza de desviación unidireccional.

12. Aparato según la reivindicación 11, que comprende además al menos dos accionadores lineales y una disposición de control común para controlar la cantidad de gas a presión en los volúmenes de cada uno de los al menos dos accionadores lineales.

13. Aparato según la reivindicación 1, en el que los elementos de accionamiento y accionado son respectivamente un elemento (112) de husillo giratorio y un elemento (114) de tuerca de rodillos de un aparato (110) de husillo de rodillos, teniendo el husillo una línea central de giro del mismo que define sustancialmente el eje de movimiento y un primer y segundo extremos axiales del mismo separados axialmente entre sí a lo largo del eje de movimiento, y teniendo el elemento de tuerca de husillo de rodillos elementos (128) interiores giratorios que engranan con el husillo, estando unidos funcionalmente los elementos interiores giratorios a una carcasa (130) de tuerca de husillo de rodillos no giratoria y dispuestos en el interior de la misma;

el primer elemento (118) de cilindro de la disposición de desviación neumática está dispuesto alrededor del eje de movimiento y tiene el elemento (112) de husillo unido funcionalmente al mismo de manera que permite el giro del husillo con respecto al primer elemento de cilindro alrededor del eje de giro y evita axialmente el movimiento axial del husillo con respecto al primer elemento de cilindro;

el primer elemento (118) de cilindro tiene además un primer y segundo extremos axiales (134, 136) del mismo, estando dispuesto el primer extremo axial del primer elemento de cilindro adyacente al primer extremo axial (134) del husillo (112) y estando dispuesto el segundo extremo axial (136) del primer elemento de cilindro adyacente al segundo extremo axial (126) del husillo, estando configurado además el segundo extremo axial del primer elemento de cilindro como una superficie cerrada para formar un émbolo estacionario (136) que tiene una periferia de precinto exterior del mismo;

el segundo elemento cilíndrico, en forma de cilindro (120) móvil axialmente, tiene una pared (140) del mismo unida de forma precintada y deslizante a la periferia (138) de precinto del émbolo estacionario (136) del primer elemento (118) de cilindro, de modo que la pared del cilindro móvil, conjuntamente con el émbolo estacionario del primer elemento de cilindro, forman la cavidad (122) y definen el volumen para alojar el gas a presión;

el segundo elemento cilíndrico, en forma de cilindro móvil axialmente, está unido funcionalmente al primer elemento cilíndrico de manera que permite que el segundo elemento cilíndrico se mueva axialmente con respecto al primer elemento cilíndrico, pero no gire con respecto al primer elemento cilíndrico o al eje de movimiento;

el segundo elemento cilíndrico, en forma de cilindro móvil axialmente, tiene además un primer y segundo extremos axiales (142, 144) del mismo, solapándose el primer extremo axial con el primer elemento de cilindro y teniendo la carcasa (130) de husillo de rodillos unida de forma fija al mismo, de manera que la tuerca (114) de husillo de rodillos se mueve axialmente con el cilindro móvil (120) , y estando cerrado el segundo extremo axial del cilindro móvil;

el primer elemento cilíndrico está adaptado para apoyarse funcionalmente contra la primera o segunda estructura estacionaria y el segundo elemento cilíndrico está adaptado para apoyarse funcionalmente contra la primera o segunda estructura móvil.

14. Aparato según la reivindicación 13, que comprende además una guía que se extiende desde el primer elemento cilíndrico a lo largo del eje de movimiento y dispuesta alrededor de una parte del segundo elemento cilíndrico para guiar y soportar axialmente el segundo elemento cilíndrico alrededor del eje de movimiento.

15. Aparato según la reivindicación 13, que comprende además un motor (146) de accionamiento unido funcionalmente al primer extremo del husillo para hacer girar el husillo alrededor del eje de giro.

16. Aparato según la reivindicación 13, que comprende además un freno para limitar de forma selectiva el giro del husillo alrededor del eje de giro.

17. Aparato según la reivindicación 13, en el que el eje de movimiento se extiende de forma sustancialmente vertical entre la primera y segunda estructuras.

18. Máquina de conformación de material, que comprende:

una primera estructura y una segunda estructura, en la que al menos una de las estructuras es móvil a lo largo de un eje de movimiento; y

al menos un aparato accionador lineal desviable neumáticamente según la reivindicación 1.

19. Máquina según la reivindicación 18, en la que los elementos de accionamiento y accionado son respectivamente un elemento de husillo giratorio y un elemento de tuerca de rodillos de un aparato de husillo de rodillos, teniendo el husillo una línea central de giro del mismo que define sustancialmente el eje de movimiento y un primer y segundo extremos axiales del mismo separados axialmente entre sí a lo largo del eje de movimiento, y teniendo el elemento de tuerca de husillo de rodillos elementos interiores giratorios que engranan con el husillo, estando unidos funcionalmente los elementos interiores giratorios a una carcasa de tuerca de husillo de rodillos no giratoria y dispuestos en el interior de la misma;

el primer elemento de cilindro de la disposición de desviación neumática está dispuesto alrededor del eje de movimiento y tiene el elemento de husillo unido funcionalmente al mismo de manera que permite el giro del husillo con respecto al primer elemento de cilindro alrededor del eje de giro y evita axialmente el movimiento axial del husillo con respecto al primer elemento de cilindro;

el primer elemento de cilindro tiene además un primer y segundo extremos axiales del mismo, estando dispuesto el

primer extremo axial del primer elemento de cilindro adyacente al primer extremo axial del husillo y estando dispuesto el segundo extremo axial del primer elemento de cilindro adyacente al segundo extremo axial del husillo, estando configurado además el segundo extremo axial del primer elemento de cilindro como una superficie cerrada para formar un émbolo estacionario que tiene una periferia de precinto exterior del mismo;

el segundo elemento cilíndrico, en forma de cilindro móvil axialmente, tiene una pared del mismo unida de forma precintada y deslizante a la periferia de precinto del émbolo estacionario del primer elemento de cilindro, de modo que la pared del cilindro móvil, conjuntamente con el émbolo estacionario del primer elemento de cilindro, forman la cavidad y definen el volumen para alojar el gas a presión;

el segundo elemento cilíndrico, en forma de cilindro móvil axialmente, está unido funcionalmente al primer elemento cilíndrico de manera que permite que el segundo elemento cilíndrico se mueva axialmente con respecto al primer

elemento cilíndrico, pero no gire con respecto al primer elemento cilíndrico o al eje de movimiento;

el segundo elemento cilíndrico, en forma de cilindro móvil axialmente, tiene además un primer y segundo extremos axiales del mismo, solapándose el primer extremo axial con el primer elemento de cilindro y teniendo la carcasa de husillo de rodillos unida de forma fija al mismo, de manera que la tuerca de husillo de rodillos se mueve axialmente con el cilindro móvil, y estando cerrado el segundo extremo axial del cilindro móvil;

el primer elemento cilíndrico está adaptado para apoyarse funcionalmente contra la primera o segunda estructura estacionaria y el segundo elemento cilíndrico está adaptado para apoyarse funcionalmente contra la primera o segunda estructura móvil.