ES2210200T3 - Dispositivo de apriete desplazable para sujetar unas con otras dos o varias chapas. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de apriete desplazable para sujetar unas con otras dos o varias chapas con perfiles de tipo brida para soldarlas por medio de un haz de soldadura de alta energía, estando compuesto el dispositivo de apriete de una carcasa (1) en la que se dispone coaxialmente una óptica (2) de soldadura, coincidiendo el eje de la óptica (2) de soldadura con el eje (8) del haz (9) de soldadura, caracterizado porque en un primer extremo de la carcasa (1) se apoya un casquillo (6) con forma cónica que puede girar libremente en torno a su eje (7), de tal manera que el casquillo (6) gira en torno al extremo de la carcasa (1) y en torno a la óptica (2) de soldadura, estando el eje (7) del casquillo (6) configurado con forma de cono de tal forma inclinado en un ángulo con respecto al eje (7) de la óptica (2) de soldadura que el eje (7) de la óptica (2) de soldadura y con él el haz (9) de soldadura sale del casquillo (6) cerca de la superficie envolvente interior del mismo, pudiendo el lado (10) frontallibre del cono del casquillo (6) apoyar en un lugar junto al haz (9) de soldadura sobre la brida (11) de la pieza (12) de trabajo que se va a soldar, y porque en un sistema (3) de apoyo del casquillo (6) en la óptica (2) de soldadura del aparato de soldadura se fija un primer brazo (31) de trabajo en cuyo extremo libre se articula elásticamente una palanca (30) cuyo extremo libre se dirige hacia el plano de soldadura y está configurado como horquilla de apoyo en la que el rodillo (28) de cuchillas se apoya con posibilidad de girar libremente, y cuya cuchilla (27) se puede introducir presionando entre las bridas (16;18) de las chapas (17;19) que se van a soldar para le eliminación de los gases de la costura de soldadura.

Description

Dispositivo de apriete desplazable para sujetar unas con otras dos o varias chapas.

La invención concierne a un dispositivo de apriete desplazable para sujetar unas con otras dos o varias chapas con perfiles de tipo brida para soldarlas mediante haz de soldadura de alta energía, según el preámbulo de la reivindicación 1 (véase por ejemplo el documento DE A 4207016).

En los dispositivos rotativos de apriete conocidos para sujetar chapas unas con otras, se fijan dos patas en el soplete de un aparato de soldadura. Una de las patas termina por encima de las chapas que se han de sujetar y en un bulón horizontal lleva un rodillo de apriete que puede girar libremente. La superficie de contacto del rodillo de apriete con la chapa que se ha de sujetar está situada directamente junto al sitio de soldadura. La segunda pata penetra hasta por debajo de las chapas que se han de sujetar y lleva un rodillo de apriete de la misma manera que la primera pata. Su superficie de contacto con la chapa que se va a sujetar se sitúa coincidente con la superficie de contacto del rodillo de apriete superior. El rodillo de apriete superior o el inferior se cargan con la fuerza de sujeción requerida (DE G 89 00 556.2 U1).

Esta solución es apropiada para soldar chapas planas. Durante la soldadura de chapas con perfiles angulares de tipo brida el haz de soldadura ha de ser llevado entre el ala vertical de la chapa que se va a soldar y la cara frontal del rodillo de apriete. Esto lleva a una gran separación de las superficies de contacto de los rodillos de apriete con respecto al ala vertical de la chapa que se va a soldar y con ello a un insuficiente resultado en la sujeción. Debido a ello, y en particular cuando se utilizan procedimientos de soldadura de alta energía como el láser o el haz de electrones, se obtienen costuras de soldadura insatisfactorias. En el caso de la soldadura de chapas recubiertas puede que no se desprenda el recubrimiento que se ha de vaporizar. Por consiguiente no son adecuados los dispositivos de apriete conocidos. Finalmente, debido a los rodillos de apriete resulta imposible la producción económica de una zona de gas de protección.

Para la soldadura de chapas con perfiles angulares de tipo brida es conocido un dispositivo de soldadura por láser con cabeza de enfoque desplazable sobre rodamientos. Dicho dispositivo está provisto con una disposición de compresión para prensar las piezas de trabajo que se han de unir entre sí. La disposición de compresión se compone de dos anillos montados con posibilidad de giro dispuestos debajo de un ángulo cuyas paredes exteriores se apoyan sobre las piezas de trabajo que se han de unir y cuyos bordes interiores están provistos con bridas que se apoyan sobre varios rodillos. Los rodillos de uno de los anillos están montados sobre ejes que se apoyan respectivamente en sendos brazos de soporte. Los brazos de soporte están dispuestos de modo que pueden girar entre los anillos, y están unidos por sus extremos libres con un componente tensor (DE 42 07 016 A1).

Esa disposición de compresión hace posible que en las chapas con perfiles angulares de tipo brida se pueda llevar el haz láser a las proximidades de las alas verticales de la chapa. Debido al sistema de apoyo de los anillos no existe sin embargo ninguna posibilidad de llevar a cabo medidas para el desgasificado de la costura de soldadura en el sitio de soldadura. Debido a ello, con esa disposición de compresión las chapas recubiertas, entre otras cosas, no se sueldan con la debida calidad. El documento DE 201 05 725 U1 también concierne a un dispositivo de apriete desplazable para sujetar unas con otras dos o varias chapas. Ese modelo de utilidad es un documento intermedio y publicado solamente como estado de la técnica comparado con las reivindicaciones 8 a 12. Las características descritas en el modelo de utilidad para la desgasificación de la costura de soldadura solamente son apropiadas para costuras de soldadura que unen dos chapas. La costura de soldadura de tres o más chapas no se puede desgasificar de esta manera.

Es tarea de la invención mejorar los dispositivos rotativos de apriete genéricos para la sujeción de unas con otras de dos o varias chapas a los efectos de que se produzca una sujeción de unas con otras de dos o varias chapas con perfiles de tipo brida muy cerca de las paredes verticales y que el haz de soldadura se dirija a la superficie libre del perfil de tipo brida. Por lo tanto se tienen que poder alcanzar las hipótesis previas para el desprendimiento de los recubrimientos de la chapa que se vaporizan durante el proceso de soldadura. Además se ha de conseguir una realización económica de una zona de gas de protección.

De acuerdo con la invención, la tarea queda resuelta mediante las características de la reivindicación 1. Las características de las reivindicaciones 2 a 12 constituyen configuraciones ventajosas.

Mediante el empleo de un casquillo de giro libre como elemento de apriete, colocado en posición oblicua en la óptica de soldadura del aparato de soldadura, el haz de soldadura se conduce inclinado de tal manera a través del recinto interior del casquillo que sale de éste cerca de la superficie envolvente interna del casquillo. Por lo tanto la superficie de contacto del casquillo con la chapa que se ha de sujetar se puede situar muy cerca de la pared vertical del perfil de chapa. Igualmente debido a ello, el haz de soldadura y la costura de soldadura producida por él, se desplaza hasta muy cerca de la pared vertical del perfil de chapa. Las partes del perfil de chapa de tipo brida se pueden con ello reducir considerablemente en anchura. Mediante la introducción del gas de protección en el casquillo se consigue una zona de gas de protección homogénea en el sitio de soldadura. La disposición de la superficie de contacto del casquillo cerca de la pared vertical del perfil de chapa hace accesibles los cantos exteriores de las partes del perfil de chapa de tipo brida durante el proceso de soldadura. Por lo tanto se puede disponer un rodillo con cuchillas cuya cuchilla separa los cantos en forma cónica y con ello hace posible el desgasificado del material vaporizado de la costura de soldadura. Mediante un rodillo con cuchillas o un soporte de cuchillas con dos cuchillas se resuelve también la desgasificación en el caso de una soldadura de tres chapas. El dispositivo de apriete desplazable se puede emplear de muchas formas para diversos perfiles de chapa. Las chapas se pueden colocar sobre un soporte estacionario. Mediante el uso de un rodillo o casquillo con un brazo de trabajo se apoya contra éste a modo de sufridera y se pueden soldar perfiles de chapa autoportantes como por ejemplo carrocerías de vehículos motorizados.

Como procedimientos de soldadura se pueden emplear con ventaja especialmente los procedimientos de alta energía como el láser o el haz de electrones.

En los dibujos se ilustra la invención en tres ejemplos de ejecución. Se muestran,

Figura 1 un dispositivo de apriete con soporte fijo,

Figura 2 un dispositivo de apriete con brazo de trabajo y rodillo,

Figura 3 un dispositivo de apriete con brazo de trabajo y casquillo así como rodillo con cuchillas,

Figura 4 un dispositivo de apriete con brazo de trabajo y casquillo así como rodillo con cuchillas con dos cuchillas y

Figura 5 un dispositivo de apriete con brazo de trabajo y casquillo así como soporte de cuchillas autoportante con dos cuchillas

Los dispositivos de apriete según las figuras 1 y 2 no son ejemplos de ejecución de la invención. Se trata de ejemplos para facilitar la comprensión de la invención.

En la carcasa 1 de una óptica 2 de soldadura de un aparato de soldadura no representado se fija una placa 3 que lleva una caja 4 de cojinete de un rodamiento 5 (Figura 1). En el hueco del rodamiento 5 está sujeto a presión un casquillo 6 conformado con forma de cono. La caja 4 de cojinete del rodamiento 5 se coloca inclinada de tal manera sobre la placa 3 que el eje 7 de giro del rodamiento 5 corta al eje 8 del haz 9 de soldadura que sale de la óptica 2 de soldadura bajo un ángulo de 10 - 20 grados. El lado 10 frontal libre del casquillo 6 se apoya por consiguiente con un ángulo de incidencia del mismo tamaño, de 10 - 20 grados sobre la superficie 11 plana de tipo brida de la pieza 12 de trabajo angular superior que se va a soldar. Al ras con el canto libre de la superficie 11 de brida se sitúa por debajo una chapa 13 plana sobre un soporte 14 estacionario. Dicho soporte está provisto con una brecha 15 por debajo del sitio de soldadura. El ángulo de conicidad del cono del casquillo 6 está seleccionado de tal manera que la superficie de la envolvente del cono del casquillo 6 que mira hacia la pieza 12 de trabajo discurre en vertical. El lado 10 frontal libre del casquillo visto en sección está conformado abombado con lo cual el lado 10 frontal se apoya de modo puntiforme sobre la pieza 12 de trabajo.

Puesto que el casquillo 6 rodea la óptica 2 de soldadura, el haz 9 de soldadura discurre por el interior del casquillo 6. El haz se ajusta de tal manera que en el lado 10 frontal libre del casquillo 6 y muy cerca de la superficie interior de la envolvente sale de ésta y allí penetra en la superficie exterior de la pieza 12 de trabajo. Puesto que entre el haz 9 de soldadura y el ala vertical de la pieza 12 angular de trabajo solamente está interpuesto el casquillo 6 con su pequeño espesor de pared, la costura de la soldadura sobre la superficie 11 de brida puede ejecutarse muy cerca del ala vertical de la pieza 12 angular de trabajo. Puesto que la carcasa 1 de la óptica 2 de soldadura se mueve mediante el brazo de un robot no representado, ésta presiona a la cara 10 frontal libre del casquillo 6 contra la superficie 11 de brida de la pieza 12 de trabajo y nivela la cara 10 frontal durante el movimiento de avance sobre la pieza 12 de trabajo. Con ello, en el sitio de soldadura se comprimen siempre con la presión deseada las piezas 12;13 de trabajo que se van a soldar. De este modo se logran las hipótesis geométricas previas para una costura de soldadura de alta calidad que necesita una anchura de brida mínima.

En la figura 2 se representa un dispositivo de apriete que es ventajoso para perfiles de chapa que no pueden presionarse contra un soporte 15 firme. Además se trata preferentemente de perfiles de chapa que se sostienen libres en el espacio y se sueldan en esa posición. Estos podrían ser, por ejemplo, carrocerías en bruto para vehículos de motor.

En el caso de este dispositivo de apriete y de la misma manera que en la figura 1, en la carcasa 1 de la óptica 2 de soldadura se apoya un casquillo 6 conformado en forma de cono cuya cara 10 frontal se apoya sobre la superficie 16 de brida de la pieza de trabajo superior. Contra la superficie 18 de brida de la pieza 19 de trabajo inferior y frente al sitio de apoyo del casquillo 6, se coloca un rodillo 20 apoyado sobre cojinete que puede girar libremente. Dicho rodillo 20 se apoya con posibilidad de giro sobre un bulón 21 que está sujeto en el extremo de un brazo de una palanca 22 de dos brazos. En el extremo del otro brazo de la palanca 22 de dos brazos se articula el vástago 23 del émbolo de un cilindro neumático de trabajo no representado. Aproximadamente en el centro de la palanca 22 de dos brazos se apoya éste de modo que puede girar en torno a un bulón 24 en el extremo de un brazo 25 de trabajo sujeto en la placa 3. Para poner en contacto el dispositivo de apriete con las bridas 16;18 de las piezas 17;19 de trabajo se bascula hacia abajo el rodillo 20 por medio del cilindro neumático de trabajo. A continuación, mediante movimientos programados del robot se lleva la óptica 2 de soldadura con el casquillo 6 que la envuelve a la posición de trabajo. Después de alcanzarse la posición de trabajo, el cilindro de trabajo bascula al rodillo 20 contra la superficie 18 de brida de la chapa 19 inferior y aprieta al rodillo 20 con una presión predeterminada. Con el comienzo del movimiento de avance de la óptica 2 de soldadura por el robot, el haz 9 de soldadura ahora activo produce una costura continua de soldadura.

El ejemplo de ejecución del dispositivo de apriete de la invención en la figura 3 está derivado del de la figura 2. En vez del rodillo 20 se apoya un casquillo 26 con forma de cono en el extremo libre de uno de los brazos de la palanca 22 de dos brazos de la misma forma que el casquillo 6 cónico en la óptica 2 de soldadura. En el casquillo 6 de la óptica 2 de soldadura desemboca la tubería de entrada no representada para el gas de protección. En particular, para la soldadura de chapas recubiertas es necesario evacuar de la costura las capas que se vaporizan durante la soldadura. Para ese fin, en la zona de soldadura en el plano entre las dos bridas 16; 18 de las chapas 17; 19 que se van a soldar está previsto una cuchilla 27 de un rodillo 28 rotativo de cuchillas. El rodillo 28 de cuchillas se apoya sobre un bulón 29 de una palanca 30 con forma de horquilla. La palanca 30 se articula elásticamente con un brazo 31 de trabajo que está sujeto a la placa 3. La acción de resorte evita la hiper-determinación de la cuchilla 27 del rodillo 28 de cuchillas. El pequeño ángulo de entre 5 y 15 grados en la cuchilla 27 sirve para conseguir una ranura en forma de cuña entre las bridas 16; 18 de las chapas 17; 19 que se van a soldar, a fin de hacer posible el desprendimiento sin presión del material de recubrimiento en estado de vapor.

En el ejemplo de ejecución de la invención según las figuras 4 y 5 se encuentran las bridas de las tres chapas 32; 33; 34 que se han de soldar. Sobre la superficie exterior de la brida superior y de la inferior presionan los casquillos 6;26 apoyados en la óptica 2 de soldadura del aparato de soldadura y de este modo sujetan juntas las bridas de las tres chapas 32; 33; 34 que se van a soldar en el sitio de soldadura conformado mediante el haz 9 láser. En el extremo libre del brazo 31 de trabajo se articula elásticamente una palanca 30 cuyo extremo libre está configurado en forma de horquilla y señala en dirección los extremos de brida libres de las chapas 32; 33; 34 que se van a soldar. En la horquilla de la palanca 30 se apoya un rodillo 35 de cuchillas con posibilidad de giro libre sobre un bulón 29. En la superficie envolvente del rodillo 35 de cuchillas se disponen dos cuchillas 36; 37 con forma de cuña que giran paralelas entre sí cuyos filos tienen entre sí una separación que es aproximadamente igual al espesor de la chapa 33 central. El ajuste tiene lugar de tal manera que los filos de las cuchillas 36; 37 están dirigidos a las juntas entre las bridas de las tres chapas 32; 33; 34.

En vez del rodillo 35 de cuchillas, en el mismo lugar del dispositivo (figura 5) se aloja un soporte 38 de cuchillas en una jaula 39 y allí se puede sujetar por medio de un tornillo 40 de apriete. El soporte 38 de cuchillas está orientado en dirección a los extremos de las bridas de las chapas 32; 33; 34 que se van a soldar. En este lado frontal se disponen dos cuchillas 41; 42 que están configuradas en forma de cuña, que discurren en línea recta y paralelas entre sí, y cuyos filos tienen entre sí aproximadamente la separación que corresponde al espesor de la chapa 33 central. El ajuste se efectúa también de forma que los filos de las cuchillas 41:42 se dirigen hacia las juntas existentes entre las bridas de las tres chapas 32; 33; 34. Los lados frontales de las cuchillas 41; 42 están fuertemente redondeados a fin de evitar que se enganchen en la superficie exterior de la chapa. Se ha demostrado que es ventajoso realizar el ángulo encerrado por la cuña entre 5 y 15 grados. De este modo se originan aberturas en forma de cuña a través de las cuales sale sin presión el material de recubrimiento vaporizado en forma de gas durante el proceso de soldadura. De esta manera se consiguen costuras de soldadura homogéneas.

Los elementos individuales de los ejemplos de ejecución de la invención descritos se pueden combinar entre sí de forma alternada a fin de ajustar el dispositivo de apriete a las diversas formas de las piezas de trabajo que se hayan de soldar. También se pueden usar diversos procedimientos de soldadura como láser, haz de electrones u otros procedimientos de alta energía.

Relación de símbolos de referencia

1

carcasa

2

óptica de soldadura

3

placa

4

caja de cojinete

5

rodamiento

6

casquillo

7

eje de rotación

8

eje

9

haz de soldadura

10

lado frontal libre

11

superficie de brida

12

pieza de trabajo

13

chapa

14

soporte

15

brecha

16

superficie de brida

17

pieza de trabajo superior

18

superficie de brida

19

pieza de trabajo inferior

20

rodillo

21

bulón

22

palanca de dos brazos

23

vástago del émbolo

24

bulón

25

brazo de trabajo

26

casquillo

27

cuchilla

28

rodillo de cuchillas

29

bulón

30

palanca

31

brazo de trabajo

32

chapa

33

chapa

34

chapa

35

rodillo de cuchillas

36

cuchilla

37

cuchilla

38

soporte de cuchillas

39

jaula

40

tornillo de apriete

41

cuchilla

42

cuchilla

Claims (12)

1. Dispositivo de apriete desplazable para sujetar unas con otras dos o varias chapas con perfiles de tipo brida para soldarlas por medio de un haz de soldadura de alta energía, estando compuesto el dispositivo de apriete de una carcasa (1) en la que se dispone coaxialmente una óptica (2) de soldadura, coincidiendo el eje de la óptica (2) de soldadura con el eje (8) del haz (9) de soldadura, caracterizado porque en un primer extremo de la carcasa (1) se apoya un casquillo (6) con forma cónica que puede girar libremente en torno a su eje (7), de tal manera que el casquillo (6) gira en torno al extremo de la carcasa (1) y en torno a la óptica (2) de soldadura, estando el eje (7) del casquillo (6) configurado con forma de cono de tal forma inclinado en un ángulo con respecto al eje (7) de la óptica (2) de soldadura que el eje (7) de la óptica (2) de soldadura y con él el haz (9) de soldadura sale del casquillo (6) cerca de la superficie envolvente interior del mismo, pudiendo el lado (10) frontal libre del cono del casquillo (6) apoyar en un lugar junto al haz (9) de soldadura sobre la brida (11) de la pieza (12) de trabajo que se va a soldar, y porque en un sistema (3) de apoyo del casquillo (6) en la óptica (2) de soldadura del aparato de soldadura se fija un primer brazo (31) de trabajo en cuyo extremo libre se articula elásticamente una palanca (30) cuyo extremo libre se dirige hacia el plano de soldadura y está configurado como horquilla de apoyo en la que el rodillo (28) de cuchillas se apoya con posibilidad de girar libremente, y cuya cuchilla (27) se puede introducir presionando entre las bridas (16; 18) de las chapas (17; 19) que se van a soldar para le eliminación de los gases de la costura de soldadura.

2. Dispositivo de apriete desplazable según la reivindicación 1, caracterizado porque el lado (10) frontal libre del cono del casquillo (6) está conformado con sección abombada.

3. Dispositivo de apriete desplazable según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque las piezas (12; 13) de trabajo que se van a soldar se apoyan sobre una base (14) firme y el casquillo (6) que puede girar libremente en la óptica (2) de soldadura del aparato de soldadura se aprieta mediante presión de resorte contra la brida (11) que se va a soldar.

4. Dispositivo de apriete desplazable según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque en el sistema (3) de apoyo del casquillo (6) en la óptica (2) de soldadura del aparato de soldadura se fija un brazo (25) de trabajo que penetra hasta por debajo del casquillo (6), en cuyo extremo libre se apoya de tal manera un brazo (22) giratorio que debajo del lugar de apriete del casquillo (6) se encuentra un rodillo (20) que puede girar libremente sobre su extremo libre o un casquillo (26) dispuesto inclinado, y el brazo (22) giratorio se aleja de la pieza (19) de trabajo contra la acción de un resorte o se aprieta contra la pieza (19) de trabajo mediante un resorte.

5. Dispositivo de apriete desplazable según la reivindicación 4, caracterizado porque en el extremo del brazo (22) giratorio opuesto al rodillo (20) o al casquillo (26) dispuesto inclinado, se dispone un cilindro de trabajo hidráulico o neumático que puede accionarse de tal manera que o bien aleja de la pieza (19) de trabajo el brazo (22) giratorio o bien aprieta contra la pieza (19) de trabajo el rodillo (20) o el casquillo (26) dispuesto inclinado.

6. Dispositivo de apriete desplazable según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los casquillos (6; 26) y el rodillo (20) están compuestos de una aleación dura de cobre.

7. Dispositivo de apriete desplazable según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en el casquillo (6) desemboca una tubería de alimentación de gas de protección.

8. Dispositivo de apriete desplazable según la reivindicación 1, caracterizado porque con varias chapas (32; 33; 34) con perfiles de tipo brida cuyos extremos libres son aproximadamente igual de largos, dos cuchillas (36; 37; 41; 42) dispuestas con una separación igual al espesor de la chapa (33) central son guiadas conjuntamente con el haz (9) de soldadura y al mismo tiempo se pueden introducir apretando entre los extremos libres de las chapas (32; 33; 34).

9. Dispositivo de apriete desplazable según la reivindicación 8, caracterizado porque las dos cuchillas están configuradas como un rodillo (35) de cuchillas apoyado de forma que puede girar libremente en una horquilla (30) de apoyo, el cual está provisto sobre su superficie envolvente con dos cuchillas (36;37) con forma de cuña que giran paralelas entre sí, cuyos filos tiene entre sí una separación que es aproximadamente el espesor de la chapa (33) central.

10. Dispositivo de apriete desplazable según la reivindicación 8, caracterizado porque las dos cuchillas están configuradas como un porta-cuchillas (38) que se puede sujetar en una jaula (39) apoyada elásticamente en el brazo (31) de trabajo, cuyas cuchillas (41; 42) están conformadas con forma de cuña, discurren en línea recta y paralelas entre sí y cuyos filos tienen una separación que es aproximadamente igual al espesor de la chapa (33) central.

11. Dispositivo de apriete desplazable según las reivindicaciones 8 y 10, caracterizado porque las cuchillas (41;42) están redondeadas en sus caras frontales.

12. Dispositivo de apriete desplazable según las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el ángulo de cuña abarcado alcanza de 5 a 15 grados.