BRPI1003208A2

BRPI1003208A2 - aparelho para conectar pelo menos duas chapas

Info

Publication number: BRPI1003208A2
Application number: BRPI1003208-8A
Authority: BR
Inventors: Eberhard Christ
Original assignee: Ejot Holding Gmbh & Co Kg
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-05-02
Also published as: EP2289659A1; ES2431587T3; JP2011062748A; MX2010009267A; US20110073258A1; DE102009038697A1; BRPI1003208B1; JP5757701B2; US8752603B2; CN101992349A; EP2289659B1; CN101992349B

Abstract

APARELHO PARA CONECTAR PELO MENOS DUAS CHAPAS. A presente invenção refere-se a um aparelho para conectar pelo menos duas chapa (1,1) das quais uma chapa de apoio (1) compreende uma maior resistência que uma chapa apoiada (2) aplicada sobre a mesma. Por intermédio de um elemento de conexão (5) girado por uma unidade alimentadora rotativa (11), o elemento de conexão com um colar (6) pressiona a chapa apoiada (2) sobre a chapa de apoio (1). Com um eixo (10) uma conexão de soldagem por fricção com a chapa de apoio (1) é realizada. A unidade alimentadora rotativa (11) é munida de um dispositivo de medição que mede uma força axial exercida pela unidade alimentadora rotativa assim como uma respectiva ação alimentadora e que indica mediante o encontro do eixo de conexão sobre a chapa de apoio, o aumento de pressão encontrado no seu interior, que, dessa forma avança a unidade alimentadora rotativa. A ação alimentadora da qual é ajustável para pelo menos três estágios de conexão consecutivos. Nestes, o primeiro estágio é ajustado para a penetração da chapa apoiada, o segundo estágio é ajustado para a soldagem por fricção do eixo com a chapa de apoio. O terceiro estágio completa o processo de soldagem por fricção pela aplicação da força axial do elemento de conexão sobre a chapa de apoio (1).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO PARA CONECTAR PELO MENOS DUAS CHAPAS".

A presente invenção refere-se a um aparelho para conectar pelo menos duas chapas, uma das quais compreende uma chapa de apoio dota- da de uma maior resistência que a chapa sustentada localizada sobre o seu topo, por intermédio de um elemento de conexão girado por um alimentador rotativo, cujo elemento de conexão pressiona a chapa sustentada contra a chapa de apoio por intermédio de um colar e produz uma conexão de solda- gem por fricção com a chapa de apoio por intermédio de um eixo.

Para a produção de uma conexão de soldagem por fricção entre uma cavilha roscada e uma chapa, um dispositivo tem sido usado de acordo com o documento DE 102004 034 A1 no qual uma cavilha roscada e uma chapa girada por uma unidade alimentadora rotativa é pressionada sobre uma chapa com uma velocidade de rotação e uma pressão tal que o aque- cimento friccionai encontrado entre a cavilha roscada e a chapa, fusão da cavilha roscada na área de contato com a chapa assim como a fusão da su- perfície de chapa é encontrada nessa locação com o que o processo de sol- dagem por fricção é iniciado que, devido a uma imediata redução da fricção entre a cavilha roscada e a chapa e uma redução de torque, desse modo resultante, emite um sinal de que o processo de soldagem por fricção foi efe- tuado enquanto mantendo a pressão da cavilha sobre a chapa e resfriando o local da fricção. O aparelho é munido para esta finalidade de um sensor de distância, de um sensor de torque e de um sensor de força de pressão de maneira a alimentar com os ditos dados uma unidade de controle que, em seguida, controla o alimentador rotativo baseado sobre a detecção dos ditos dados de medição e o leva a uma condição estacionária de maneira a permi- tir uma solidificação da correspondente fusão e, dessa maneira, completar a conexão por soldagem de fricção.

Uma conexão de soldagem por fricção especial deste tipo é des- crita e ilustrada no documento DE 196 20 814 A1. A conexão de soldagem por fricção exposta nessa publicação trata de uma conexão de três corpos consistindo de uma parte metálica bidimensional e da uma base metálica que são interligadas por um corpo de conexão por intermédio da qual o cor- po de conexão é forçado sob rotação sobre a parte metálica bimetálicos, levando a mesma a fundir-se na área do corpo de conexão na área do corpo de conexão e avançar para a base metálica com a qual o corpo de conexão, por conseguinte estabelecendo uma conexão de soldagem por fricção. Por intermédio de um colar ou flange, respectivamente, do corpo de conexão exerce pressão sobre a parte metálica na qual o seu eixo que penetrou a parte metálica bidimensional, é conectado com a base metálica por intermé- dio de soldagem por fricção, com o que a conexão de múltiplos corpos é fir- memente conjugada por intermédio do corpo de conexão.

De maneira a produzir uma conexão de múltiplos corpos e pro- vavelmente suscetível de fazer uso de um procedimento praticável, depen- dendo dos materiais das chapas a ser conectado, aplicar o corpo de cone- xão com uma determinada pressão sobre a parte metálica bidimensional de maneira a fundir o material e, subseqüentemente também penetrar no interi- or da base metálica onde uma conexão de soldagem por fricção é formada. Os valores de velocidade de rotação e de pressão a serem respectivamente ali mencionados, são normalmente avaliados por experimentos, e os valores de seqüência de velocidade de rotação e de seqüência de pressão que fo- ram ali determinados como sendo ideais durante o processo de conexão são então mantidos durante a operação de maneira a poder produzir uma cone- xão de soldagem por fricção suficientemente robusta.

A invenção é baseada sobre o objetivo de apresentar um apare- lho para conectar pelo menos duas chapas por intermédio de um elemento de conexão, com cujo aparelho os respectivos parâmetros operacionais, mais especificamente a velocidade de rotação, a distância de alimentação e a pressão de alimentação podem ser opcionalmente ajustadas, no qual tam- bém diferentes materiais têm de ser considerados uma vez que as chapas de metal assim como as chapas de plástico podem ser firmemente interco- nectadas por um processo de soldagem por fricção. No caso de conectar duas chapas que é aqui considerado, a chapa de apoio requer uma maior resistência que a chapa suportada localizada sobre a mesma. Este problema é resolvido no aparelho acima mencionado que é caracterizado pelo fato da unidade alimentadora rotativa ser munida de um dispositivo de medição que mede uma força axial exercida pela unidade ali- mentadora axial assim como uma respectiva distância de alimentação e que ao tracionar para baixo o eixo do elemento de conexão contra a chapa de apoio, assinala o aumento de pressão encontrado que desse modo, avança a unidade alimentadora rotativa, o movimento de alimentação da qual é ajus- tável pelo menos para três estágios de conexão consecutivos, no qual o pri- meiro estágio é ajustado para a penetração da chapa suportada, o segundo estágio é ajustado para a soldagem por fricção do eixo com a chapa de a- poio, e o terceiro estágio finaliza o processo de soldagem por fricção pelo levantar a força axial do elemento de conexão para a chapa de apoio.

Por intermédio do aparelho acima caracterizado, é possível ajus- tar a ação de alimentação rotativa requerida para o processo de soldagem por fricção individualmente com relação às respectivas distâncias de alimen- tação e considerando os materiais das chapas a serem ligados, que significa permitir o alimentador rotativo a operar com uma extensão de passo de a- cordo com a espessura de material das chapas a serem ligado, cuja exten- são de passo é adaptada à espessura das chapas a serem ligadas assim como aos seus materiais. Desta maneira, partindo da espessura das chapas a serem ligadas enquanto considerando os seus materiais, a extensão da distância a ser coberta passo a passo pelo alimentador rotativo é determina- da que o aparelho esteja processando, e a conexão desejada é automatica- mente produzida por intermédio do elemento de conexão. O processo de conexão é ajustado, de acordo com a invenção, dividido em três estágios que são realizados a partir de uma posição inicial pelo alimentador rotativo, durante os quais um diferente processamento do material das chapas é efe- tuado por intermédio do elemento de conexão na posição inicial para levar o alimentador rotativo a situar-se em uma posição de partida inicial para de essa maneira colocar o elemento de conexão sobre a chapa de apoio, um aumento de pressão se origina no alimentador rotativo que forma um sinal de partida para os três estágios subsequentes do movimento de alimentação do elemento de conexão. Devido à faculdade do aparelho indicar a respecti- va posição do elemento de conexão por intermédio do dispositivo de medi- ção associado com a unidade de alimentação rotativa, o elemento de cone- xão pode operar de forma correspondente pelo medir o movimento de ali- mentação coberto nos três estágios consecutivos, cujo elemento então for- çosamente processa os estágios a serem cobertos pelo mesmo e, desse modo finalmente produz um processo de soldagem por fricção para conexão com a chapa de apoio No mesmo, o comprimento do primeiro estágio é ajus- tado de tal maneira que corresponda à extensão da penetração da placa de apoio, onde após, nos dois estágios seguintes, a soldagem por fricção do eixo é efetuada com a chapa de apoio, onde após, no terceiro estágio, o processo de soldagem por fricção sob a pressão da unidade alimentadora rotativa é terminado, pelo qual o elemento de conexão é comprimido sobre a chapa de apoio.

Dessa forma, o processo de conexão das duas chapas por sol- dagem por fricção é completado de uma maneira controlada.

No processo acima descrito de interação do elemento de cone- xão com as chapas, de maneira a remover uma contaminação ou revesti- mento que está possivelmente presente sobre a chapa de apoio, é possível de uma maneira vantajosa controlar a unidade alimentadora rotativa em um estágio intermediário entre o primeiro e o segundo estágio de tal modo que gira o elemento de conexão com uma velocidade de rotação e uma força axial alterada com respeito ao primeiro estágio de tal maneira que, neste estágio intermediário, a superfície da chapa de apoio é de uma maneira Iim- pa pela qual a soldagem por fricção no segundo estágio é correspondente- mente efetuada. As alterações dependem da resistência dos revestimentos da chapa de apoio.

O aparelho é mais especificamente adaptado para conectar uma chapa constituída de aço com uma chapa de metal leve por intermédio de soldagem por fricção. Neste, no primeiro estágio, a chapa apoiada consistin- do de metal leve é penetrada pelo elemento de conexão que amolece a cha- pa apoiada na área na sua área de maneira a iniciar o amolecimento da chapa na sua área de maneira a iniciar a fusão da superfície da chapa apoi- ada na sua área para assim iniciar a fusão da superfície da chapa de apoio e de forma a preparar o processo de soldagem por fricção entre o elemento de conexão e a chapa de apoio.

É apropriado formar, neste caso, o elemento de conexão tam- bém de aço. Todavia é igualmente possível formar as chapas assim como o elemento de conexão de material plástico. O elemento de conexão é opera- do no primeiro estágio pela unidade alimentadora rotativa de tal modo que uma ação alimentadora do elemento de conexão seja efetuada no primeiro estágio através da espessura da chapa apoiada, na qual uma velocidade de rotação é estabelecida na qual o material da chapa apoiada está fluindo na área do elemento de conexão devido ao aquecimento por fricção.

A unidade alimentadora rotativa gira, a seguir, em um segundo estágio o elemento de conexão com uma velocidade de rotação mais lenta quando comparado com o primeiro estágio e uma força axial mais elevada de tal maneira que a chapa apoiada principia a se fundir no seu interior.

De maneira a completar a conexão de soldagem por fricção en- tre o elemento de conexão e a chapa de apoio no terceiro estágio, é apropri- ado estabelecer a rotação do alimentador rotativo a zero no terceiro estágio, pelo qual a unidade alimentadora rotativa efetua, enquanto exercendo pres- são sobre o elemento de conexão, sua compressão contra a chapa de apoio, com isto o elemento de conexão e a superfície em fusão da chapa de apoio estão estabelecendo uma firme conexão entre si sob a pressão axial exerci- da.

As figuras mostram uma modalidade de realização da invenção, como segue.

A figura 1 mostra o aparelho completo com a unidade alimenta- dora e o dispositivo de medição;

A figura 2 mostra o aparelho com duas chapas a ser interligadas e um elemento de ligação aplicado sobre a chapa de apoio;

A figura 3 mostra a mesma disposição como ilustrada na figura 2, todavia, com o elemento de conexão tendo penetrado no interior da chapa de apoio (estágio 1);

A figura 4 mostra o conjunto similar à figura 3, todavia, com o cone sobre o lado frontal do elemento de conexão sendo desgastado (está- gio intermediário);

A figura 5 mostra o mesmo conjunto como ilustrado na figura 4, todavia, com uma conexão por soldagem de fricção entre o elemento de co- nexão e a chapa de apoio (estágio 2);

A figura 6 mostra o mesmo conjunto como ilustrado na figura precedente como uma conexão de múlti corpos terminada.

Na figura 1, uma apresentação principal do aparelho da inven- ção é mostrada que obedece à disposição do aparelho para soldagem por fricção de partes de acordo com o documento DE 10 2004 034 498 A1. O aparelho da invenção compreende uma unidade de controle 13 a partir da qual as partes mecânicas do aparelho, isto é, especialmente a unidade ali- mentadora rotativa 11, é controlada que são previstas para ser movidas na direção longitudinal com relação a uma armação fixa 12. A unidade alimen- tadora rotativa 11 compreende um embolo mergulhante 7 que sujeita um elemento de conexão 5 pela sua extremidade inferior e é girado sob pressão axial. O prendedor inferior 4 assegura que as chapas a serem interligadas, isto é, a chapa de apoio 1 e a chapa apoiada 2 estejam firmemente adjacen- tes entre si enquanto o elemento de conexão 5 é aplicado sobre a chapa apoiada 2 sob rotação e pressão. A respectiva posição do êmbolo mergu- lhante 7 e desse modo do elemento de conexão 5 é indicada pelo dispositivo de medição 14.

A figura 2 mostra a chapa de apoio 1 e a chapa apoiada 2 sobre ela aplicada, a serem interligadas. A chapa 1 consiste, por exemplo, de aço, ao passo que a chapa 2 pode ser de um metal leve, por exemplo, de alumí- nio. Uma camada 3 é interposta entre as chapas 1 e 2, por cuja camada uma camada protetora aplicada à chapa de apoio 1 ou uma camada de contami- nações e/ou adesivo, respectivamente é representada. O aparelho para in- terligar as duas chapas 1 e 2 é aplicado sobre a chapa apoiada 2, isto é, por intermédio do prendedor inferior 4 que exerce pressão sobre a chapa de a- poio 1 e desse modo, efetua o seu pressionamento contra a chapa de apoio 1 que está repousando de alguma maneira sobre uma base que não é mos- trada. No prendedor inferior 4, o elemento de conexão 5 é guiado que com- preende um colar 6 na sua extremidade dirigida em sentido oposta à chapa 2, a importância do colar sendo exposta em maior detalhe abaixo. O êmbolo mergulhante 7 mostrado de forma esquemática de um aparelho para conec- tar as duas chapas por intermédio de soldagem por fricção (vide, por exem- plo, a figura 1) exerce pressão sobre o colar 6 com o que um torque pode ser exercido pelo êmbolo mergulhante 7 girado, sobre o elemento de cone- xão 5 por intermédio de uma reentrância 8 e de uma correspondente saliên- cia do êmbolo mergulhante 7.

Consequentemente, constitui matéria de um sistema conhecido.

O elemento de conexão 5 é mostrado na figura 5 em uma posi- ção na qual o rebordo 9 apenas confina com a chapa de apoio 2. Esta con- dição é detectada por um dispositivo de medição 14 que é mostrado na figu- ra 1 e que coopera com o aparelho, isto é, por uma brusca fixação do ele- mento de conexão 5 durante sua ação de alimentação para a chapa de a- poio 2 que é usada como um sinal de maneira a automaticamente acionar uma unidade alimentadora rotativa 11 no aparelho que gira o êmbolo mergu- Ihante 8 e agora, enquanto exercendo pressão sobre o elemento de conexão 5, o pressiona contra a chapa apoiada 2. Durante este processo, devido à rotação do êmbolo mergulhante 7 e de compensação do elemento de cone- xão 5, uma intensa fricção é gerada na extremidade do elemento de cone- xão 5 que resulta em um rápido aquecimento substancial do material do e- Iemento de conexão 5 na área de sua extremidade de tal maneira que dessa forma o material da chapa apoiada 2 é amolecido e assim a extremidade 9 do elemento de conexão 5 penetra no interior do material amolecido da cha- pa apoiada 2 (vide a figura3); Dessa maneira, o seguinte processo de solda- gem por fricção é iniciado agora entre o elemento de conexão 5 e a chapa de apoio 1.

No caso da chapa de apoio ser munida quer de um revestimento protetor, com um revestimento de combinação e/ou adesivo, que com fre- quência é impossível evitar, uma limpeza da chapa de apoio 1 é efetuada após o processo de penetração da chapa apoiada 2, na medida que é libe- rada do seu revestimento protetor e revestimento de contaminação, respec- tivamente, de tal modo que os materiais da chapa apoiada 2 e da chapa de apoio 1 na área de extremidade 9 do elemento de conexão 5 podem ser in- terligados e, dessa forma uma conexão de soldagem por fricção pode ser estabelecida.

O conjunto ilustrado na figura 4 como um estágio intermediário mostra o elemento de conexão 5 tendo sua extremidade 9 removida pela rotação do elemento de conexão 5 que tem a conseqüência do elemento de conexão 5 poder repousar com o eixo 10 sobre a chapa de apoio 1.

Pelo dispositivo de medição 14 (vide a figura 1) que é conectado com a unidade alimentadora rotativa 11, é indicado atingir os estágios do elemento de conexão conforme é mostrado nas figuras 2 a 6, de tal modo que uma substancial pressão pode agora ser exercida através do elemento de conexão na sua condição estacionária para estabelecer uma conexão de soldagem por fricção, na qual sua face frontal estabelece uma conexão com o material da chapa de apoio 1, pela qual o elemento de conexão é conecta- do com a chapa de apoio 1 pela soldagem por fricção, como mostrado na figura 5.

A seguir o aparelho para conectar as respectiva partes pode se removido da chapa 2, onde o colar 6 sobre o elemento de conexão 5 asse- gura que a chapa apoiada 2 seja pressionada contra a chapa de apoio 1 adi- cionalmente. A posição final é mostrada na figura 6.

Claims

1. Aparelho para conectar pelo menos duas chapas (1, 2) uma das quais compreende uma chapa de apoio (1) dotada de uma maior resis- tência que a chapa apoiada (2) localizada sobre o seu topo por intermédio de um elemento de conexão (5) girado por uma unidade alimentadora rotati- va (11), cujo elemento de conexão pressiona a chapa apoiada (2) contra a chapa de apoio (1) por intermédio de um colar (6) e produz uma conexão de soldagem por fricção com a chapa de apoio (1) por intermédio de um eixo (10) caracterizado pelo fato da unidade alimentadora rotativa (11) ser muni- da de um dispositivo medidor (14) que mede uma força axial exercida pela unidade alimentadora rotativa (11) assim como uma respectiva distância de alimentação e que ao baixar o eixo do elemento de conexão (5) contra a chapa apoiada (2), sinaliza o aumento de pressão encontrado no seu interior que, dessa maneira, avança a unidade alimentadora rotativa (11), a ação alimentadora da qual é ajustável pelo menos para rês estágios de conexão sucessivos, nos quais o primeiro estágio é ajustado para a penetração da chapa apoiada (2), o segundo estágio é ajustado para a soldagem por fric- ção do eixo com a chapa de apoio (1), e o terceiro estágio finaliza o proces- so de soldagem por fricção pelo levantar a força axial do elemento de cone- xão (5) aplicada à chapa de apoio (1).

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de entre o primeiro e o segundo estágio, a unidade alimentadora rotativa (11) girar, em um estágio intermediário com uma velocidade de rotação dife- rente e força axial diferente quando compara com o primeiro estágio.

3. Aparelho para conectar pelo menos duas chapas (1, 2) de a- cordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato (do material) da chapa de apoio (1) consistir em aço.

4. Aparelho para conectar pelo menos duas chapas (1, 2) de a- cordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato (do material) da chapa apoiada (2) consistir em metal leve.

5. Aparelho para conectar pelo menos duas chapas (1, 2) de acor- do com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato (do material) do elemento de conexão (5) consistir em aço.

6. Aparelho para conectar pelo menos duas chapas (1, 2) de a - cordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato (do material) do ele- mento de conexão (5) consistir em alumínio.

7. Aparelho para conectar pelo menos duas chapas (1, 2) de a- cordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato (do material) das cha- pas e do elemento de conexão consistir em matéria plástica.

8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da unidade alimentadora rotativa (11) ser ajustada no primeiro estágio, à espessura da chapa apoiada (2) com a velocidade de rotação e força axial, segundo cujo ajuste o material da chapa apoiada (2) flui na área do elemento de conexão (5)

9. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato da unidade alimentadora rotativa (11) girar no segundo estágio com uma velocidade de rotação mais baixa e uma força axial mais elevada quando comparada com o primeiro estágio.

10.

Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de, no terceiro estágio, a rotação da unidade alimentadora rotativa ser ajustada a zero, e da unidade alimentado- ra rotativa (11) pelo exercer pressão sobre o elemento de conexão (5), sua compressa contra a chapa de apoio (1).