Sistema para controlar dinámicamente la salida de par de torsión de una herramienta neumática.

Aparato para controlar dinámicamente la potencia de salida de una herramienta (3) neumática usada para apretar un elemento (1) de sujeción durante un ciclo de apriete,

en el que la herramienta (3) neumática se hace funcionar en respuesta a aire a presión suministrado a la herramienta (3) neumática a una presión suministrada, y en el que el aparato comprende:

un circuito (4) de control electrónico acoplado con la herramienta (3) neumática, para recibir señales eléctricas de la herramienta (3) neumática para realizar mediciones de carga en el elemento (1) de sujeción;

y

un regulador (5) de presión de aire acoplado con la herramienta (3) neumática, para regular la presión de aire del aire a presión suministrado a la herramienta (3) neumática;

en el que el circuito (4) de control electrónico se acopla con el regulador (5) de presión de aire para controlar dinámicamente la presión de aire del aire a presión suministrado a la herramienta (3) neumática durante el apriete del elemento (1) de sujeción, y para detener la herramienta (3) neumática cuando el elemento (1) de sujeción se ha apretado en respuesta a las mediciones de carga realizadas en el elemento (1) de sujeción.

SISTEMA PARA CONTROLAR DINÃ?MICAMENTE LA SALIDA DE PAR DE TORSIÓN DE UNA HERRAMIENTA NEUMÃ?TICA

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere al control del par de torsión o la potencia de herramientas de apriete neumáticas, y más específicamente, a herramientas neumáticas de alta velocidad, tales como herramientas de impacto e impulso, con fines de apriete de elementos de sujeción deseados.

Las herramientas de impacto e impulso se usan actualmente de manera extensa para apretar pernos no críticos en aplicaciones de la industria del automóvil y otras. Tales herramientas proporcionan razones de par de torsión con respecto a peso muy altas, son muy rápidas y tienen par de torsión de reacción muy bajo puesto que martillan eficazmente el perno hasta apretarlo. Desafortunadamente, sin embargo, la acción de impactación de las herramientas hace difícil controlar el proceso de apriete puesto que no es posible realizar mediciones exactas del par de torsión, como lo es con herramientas que funcionan de manera continua. Por consiguiente, tales herramientas rara vez se usan en aplicaciones críticas en las que se requiere que se aprieten pernos con precisión hasta una carga o un par de torsión especificados.

Se han desarrollado técnicas para realizar mediciones de carga directas en elementos de sujeción utilizando transductores ultrasónicos que se unen de manera retirable, o preferiblemente de manera permanente a los elementos de sujeción. Pueden encontrarse ejemplos de tales técnicas, por ejemplo, en la patente estadounidense nº 6.990.866 (Kibblewhite) ; la patente estadounidense nº 6.009.380 (Vecchio et al.) ; la patente estadounidense nº

5.220.839 (Kibblewhite) ; la patente estadounidense nº 5.018.988 (Kibblewhite et al.) ; la patente estadounidense nº

4.899.591 (Kibblewhite) ; y la patente estadounidense nº 4.846.001 (Kibblewhite) , incorporándose cada una de las cuales como referencia como si se expusiera en su totalidad al presente documento. Se ha encontrado que tales técnicas hacen posible controlar directamente la carga de instalación de diversos tipos diferentes de elementos de sujeción usando todo tipo de herramientas de montaje, incluyendo herramientas de impacto e impulso.

Sin embargo, determinadas características asociadas con las herramientas de impacto e impulso, las hacen menos deseables para su uso en aplicaciones críticas. En primer lugar, si las herramientas se dimensionan para apretar pernos rápidamente, para minimizar el tiempo de montaje, el ángulo de rotación por impacto, y por consiguiente el aumento de carga por impacto, puede ser grande en el momento en que se alcanza la carga o el par de torsión especificados. Puesto que las herramientas no pueden detenerse durante un impacto, esto da como resultado una sobrecarga significativa para la herramienta (es decir, cargas finales que superan las cargas especificadas) , incluso cuando se usan válvulas de solenoide de alta velocidad para detener la herramienta.

En segundo lugar, la velocidad de aproximación de tales herramientas es extremadamente alta, normalmente superior a 6.000 rpm. Cuando estas herramientas se usan con tuercas de bloqueo de par de torsión dominantes, elementos de sujeción de bloqueo o elementos de sujeción de formación de rosca, la aproximación a estas velocidades puede provocar un calentamiento localizado excesivo en las roscas del elemento de sujeción, dando como resultado cambios no deseados en las condiciones de fricción o la degradación de recubrimientos de rozamiento. Se ha encontrado que esto es común con el uso de tuercas de bloqueo de par de torsión dominante en la industria aeroespacial, por ejemplo.

El documento US 3 969 810 da a conocer un aparato para cortar la potencia de salida de una herramienta neumática usada para apretar un elemento de sujeción al final de un ciclo de apriete. El documento WO 2005/063448 da a conocer un control de una potencia de salida de una herramienta neumática en el que se realizan mediciones de par de torsión para controlar la presión de aire suministrada a la herramienta neumática.

Sumario de la invención Un objetivo principal de la presente invención es eliminar las características no deseada mencionadas anteriormente de las herramientas de apriete neumáticas, permitiendo que tales herramientas se usen para el montaje a alta velocidad de pernos críticos hasta cargas precisas.

Según la presente invención, esto se logra controlando dinámicamente la potencia de salida de una herramienta neumática durante un ciclo de apriete tal como se define en la reivindicación de aparato 1 y la reivindicación de método 9 usando un regulador de presión de aire controlado electrónicamente para reducir la tasa de apriete, o el aumento de carga por impacto en el caso de una herramienta de impacto o impulso, para permitir que la herramienta se detenga con precisión a una carga o un par de torsión especificados.

En un modo preferido para elementos de sujeción de par de torsión, la potencia de salida de una herramienta neumática se controla dinámicamente durante el ciclo de apriete usando un regulador de presión de aire controlado electrónicamente para minimizar la velocidad de rotación durante la aproximación, para minimizar los efectos de

calentamiento con elementos de sujeción de par de torsión dominante, y para aumentar entonces la potencia de la herramienta, según se requiera, para proporcionar el par de torsión para alcanzar una carga o un par de torsión de detención especificados.

En otro modo preferido, la presión de aire máxima suministrada a una herramienta neumática se limita, usando un regulador de presión de aire controlado electrónicamente, dependiendo del par de torsión esperado requerido para apretar el elemento de sujeción hasta una carga o un par de torsión especificados.

Las mejoras anteriores se describen adicionalmente con referencia a la descripción detallada que se proporciona a continuación en el presente documento, junto con el siguiente dibujo.

Breve descripción del dibujo La única figura es una representación esquemática de una herramienta neumática en combinación con un sistema para controlar dinámicamente la potencia de salida de la herramienta neumática durante un ciclo de apriete con el elemento de sujeción.

Descripción de realizaciones preferidas Haciendo referencia a la única figura proporcionada, una realización preferida de la presente invención incluye generalmente un elemento 1 de sujeción que se ha dotado de un transductor 2 ultrasónico, una herramienta tal como la llave 3 de impacto ilustrada que se ha modificado para medir la carga en el elemento 1 de sujeción durante el apriete usando el transductor 2 ultrasónico, un control 4 electrónico para realizar mediciones de carga en el elemento 1 de sujeción y para tomar decisiones de control basándose en las mediciones de carga que se han realizado, y un regulador 5 de presión de aire controlado electrónicamente asociado con la línea 6 de suministro que suministra aire a presión a la llave 3 de impacto para controlar dinámicamente la presión de aire suministrada a la llave 3 de impacto durante el apriete y para detener la llave 3 de impacto reduciendo la presión de aire suministrada a cero.

El elemento 1 de sujeción de la realización preferida de la presente invención es preferiblemente un elemento de sujeción con indicación de carga con un transductor 2 ultrasónico permanente, tal como se describe, por ejemplo, en las patentes estadounidenses nº 6.990.866; nº 5.220.839; nº 4.899.591; nº 4.846.001 a las que se hizo referencia anteriormente. Sin embargo, si se desea, el elemento 1 de sujeción también puede ser un elemento de sujeción convencional con un transductor ultrasónico retirable aplicado de manera adecuada al elemento de sujeción. Aunque el elemento 1 de sujeción seleccionado para ilustración en el dibujo es un perno roscado, ha de entenderse que puede usarse cualquiera de una variedad de diferentes tipos de elementos de sujeción según la presente invención, distintos del elemento 1 de sujeción que se ha mostrado con fines ilustrativos.

La llave 3 de impacto usada para apretar el elemento 1 de sujeción con indicación de carga se modifica preferiblemente con un pasador 7 desviado por resorte para permitir el contacto eléctrico con el transductor 2 ultrasónico con fines de realizar mediciones de carga en el elemento 1 de sujeción durante el apriete. Tales herramientas modificadas se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses nº 5.018.988 y nº 4.899.591 a las que se hizo referencia anteriormente. Aunque se ha seleccionado la llave 3 de impacto para ilustración en el dibujo, ha de entenderse... [Seguir leyendo]

1. Aparato para controlar dinámicamente la potencia de salida de una herramienta (3) neumática usada para apretar un elemento (1) de sujeción durante un ciclo de apriete, en el que la herramienta (3) neumática se hace funcionar en respuesta a aire a presión suministrado a la herramienta (3) neumática a una presión suministrada, y en el que el aparato comprende:

un circuito (4) de control electrónico acoplado con la herramienta (3) neumática, para recibir señales eléctricas de la herramienta (3) neumática para realizar mediciones de carga en el elemento (1) de sujeción; y un regulador (5) de presión de aire acoplado con la herramienta (3) neumática, para regular la presión de aire del aire a presión suministrado a la herramienta (3) neumática;

en el que el circuito (4) de control electrónico se acopla con el regulador (5) de presión de aire para controlar dinámicamente la presión de aire del aire a presión suministrado a la herramienta (3) neumática durante el apriete del elemento (1) de sujeción, y para detener la herramienta (3) neumática cuando el elemento (1) de sujeción se ha apretado en respuesta a las mediciones de carga realizadas en el elemento (1) de sujeción.

2. Aparato según la reivindicación 1, que incluye además un elemento (1) de sujeción roscado acoplado con la herramienta (3) neumática, en el que el elemento (1) de sujeción roscado es un elemento (1) de sujeción con indicación de carga que tiene un transductor ultrasónico asociado con el elemento (1) de sujeción roscado.

3. Aparato según la reivindicación 1, en el que la herramienta (3) neumática incluye un contacto eléctrico para enganchar un transductor (2) ultrasónico asociado con el elemento (1) de sujeción, y para suministrar señales eléctricas producidas por el transductor (2) ultrasónico, para realizar las mediciones de carga en el elemento (1) de sujeción, al circuito (4) de control electrónico.

4. Aparato según la reivindicación 3, en el que el contacto eléctrico es un pasador desviado por resorte colocado para enganchar partes de cabeza del elemento (1) de sujeción que está apretándose mediante la herramienta (3) neumática.

5. Aparato según la reivindicación 1, en el que el circuito (4) de control electrónico recibe señales eléctricas de la herramienta (3) neumática para realizar las mediciones de carga en el elemento (1) de sujeción.

6. Aparato según la reivindicación 5, en el que el circuito (4) de control electrónico incluye un circuito de medición de carga ultrasónico, para recibir las señales eléctricas de la herramienta (3) neumática, y para realizar mediciones de carga ultrasónicas en el elemento (1) de sujeción en respuesta a las señales eléctricas recibidas y durante el apriete.

7. Aparato según la reivindicación 1, en el que el regulador (5) de presión de aire es un regulador (5) de

presión de aire controlado electrónicamente. 45

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que el regulador de presión de aire controlado electrónicamente es una válvula reguladora a alta velocidad que puede cambiar la presión de aire suministrada a la herramienta (3) neumática en una cantidad de tiempo entre impactos sucesivos.

9. Método para controlar dinámicamente potencia de salida de una herramienta (3) neumática usada para apretar un elemento (1) de sujeción durante un ciclo de apriete, en el que la herramienta (3) neumática se hace funcionar en respuesta a aire a presión suministrado a la herramienta (3) neumática a una presión suministrada, y en el que el método comprende las etapas de:

recibir señales eléctricas de la herramienta (3) neumática, y realizar mediciones de carga en el elemento (1) de sujeción en respuesta a las señales eléctricas recibidas;

regular la presión de aire del aire a presión suministrado a la herramienta (3) neumática en respuesta a las mediciones de carga realizadas en el elemento (1) de sujeción; y controlar dinámicamente el funcionamiento de la herramienta (3) neumática durante el apriete del elemento (1) de sujeción en respuesta a la presión de aire regulada y las mediciones de carga realizadas en el elemento (1) de sujeción.

10. Método según la reivindicación 9, en el que el control dinámico de la presión de aire incluye la etapa de detener la herramienta (3) neumática cuando el elemento (1) de sujeción se ha apretado.

11. Método según la reivindicación 10, que incluye además la etapa de detener la herramienta (3) neumática reduciendo la presión de aire suministrada a cero.

12. Método según la reivindicación 9 que incluye además las etapas de enganchar un transductor (2) ultrasónico asociado con el elemento (1) de sujeción con un contacto eléctrico asociado con la herramienta (3) neumática, y suministrar señales eléctricas producidas por el transductor (2) ultrasónico, para realizar las mediciones de carga en el elemento (1) de sujeción, a un circuito (4) de control electrónico acoplado con la herramienta (3) neumática.

13. Método según la reivindicación 9, en el que las mediciones se realizan de manera continua en el elemento (1) de sujeción durante el apriete.

14. Método según la reivindicación 9, en el que la regulación incluye además la etapa de tomar una decisión 15 durante el apriete del elemento (1) de sujeción para aumentar la presión de aire, disminuir la presión de aire o dejar la presión de aire en un ajuste actual, basándose en las mediciones de carga realizadas durante el apriete.

15. Método según la reivindicación 9, en el que la regulación incluye además la etapa de determinar una tasa de apriete para el elemento de sujeción y la etapa de tomar una decisión para aumentar la presión de aire, disminuir la presión de aire o dejar la presión de aire en un ajuste actual, basándose en las mediciones de carga y la tasa de apriete determinada.