ES2241565T3 - Aparato y procedimiento para la fabricacion de arboles huecos. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para la soldadura de un árbol (50) ahusado hueco que tiene una junta (16) abierta definida entre bordes (20) longitudinales opuestos, comprendiendo el procedimiento: mover un árbol (50) ahusado a lo largo de su eje longitudinal respecto a una pluralidad de rodillos (116; 118) que pueden rotar libremente de un modo sustancialmente simétrico alrededor de un eje (134) fijo común, y cada uno de ellos inclinado con un ángulo agudo relativo a sus siguientes vecinos adyacentes en cada lado, estando dispuestos los ejes de rotación del rodillo (116; 118) mencionados en un plano perpendicular al eje (134) fijo común mencionado, en el que cada uno del gran número de rodillos (116; 118) se puede mover por medio de presión hidráulica de modo radial respecto al eje (134) fijo para aplicar fuerzas radiales dirigidas hacia el interior al árbol (50) en una pluralidad de puntos discretos espaciados en la circunferencia alrededor de la superficie del árbol; controlar el movimiento de los rodillos (116; 118) radialmente alrededor del eje (134) fijo para proporcionar el ahusamiento y cerrar progresivamente la junta (16) a medida que pasa por los rodillos (116; 118), y soldar progresivamente la junta (16) después de que sea cerrada por los rodillos, caracterizado porque la etapa de control del movimiento de los rodillos (116; 118) incluye el uso de un ordenador (172) de control para variar la presión hidráulica aplicada a los rodillos (116; 118) mediante el control de bucle abierto según un aumento de tensión predeterminado.

Description

Aparato y procedimiento para la fabricación de árboles huecos.

Campo técnico

Esta invención se refiere a la fabricación de árboles ahusados huecos que tienen una junta longitudinal. Del documento FR-A-926683 se conocen un procedimiento y un aparato según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 4.

Antecedentes de la técnica

La fabricación de tales árboles huecos generalmente implica la conformación de una lámina plana de material en una estructura generalmente cilíndrica que tiene una junta abierta pero que, sin embargo, tiene sustancialmente la misma forma que el árbol final deseado (referido en el presente documento como "árbol abierto") La conformación se puede hacer usando una serie de operaciones de troquelado con troqueles de troquelado curvados macho y hembra, o la lámina plana puede ser alimentada por medio de una serie de máquinas de conformación de rodillos que doblan progresivamente la lámina.

El árbol abierto, con su junta abierta, es alimentado entonces desde las máquinas que conforman rodillos a una máquina de soldadura que cierra y suelda la junta abierta para proporcionar un árbol cerrado.

La figura 1 muestra un procedimiento conocido de cerrar la abertura. Un árbol abierto 10 es alimentado entre un par de rodillos 12, 14 cilíndricos que comprimen entre ellos el árbol para cerrar la junta 16. La soldadura ocurre en una zona 18 en la que los bordes 20 opuestos de la junta se encuentran debido a que la junta 16 está siendo forzada a su cierre por los rodillos 12, 14.

La figura 2 muestra los rodillos de la figura 1 en una elevación seccional, a lo largo de la línea II-II de la figura 1. Los rodillos 12, 14 tienen ejes de rotación 22 paralelos entre ellos y perpendiculares al eje del árbol 10. Tal y como se ve en la figura 1, el árbol 10 se mueve a lo largo de la dirección de su eje tal y como se indica por medio de la flecha 24. Los rodillos cilíndricos 12, 14 rotan en las direcciones indicadas por las flechas 26 y 28 (figura 1).

Los rodillos 12, 14 son inmediatamente adyacentes entre ellos con sus superficies 30 curvadas cercanas entre ellas. Para acomodar el árbol 10, cada rodillo tiene una ranura 32 en su superficie 30 curvada definiendo una mitad de la sección en cruz del árbol cerrado. De esta manera, cuando se ve a lo largo del eje del árbol como en la figura 2, una escotadura sustancialmente circular acomoda y fuerza a que se cierre el árbol para permitir que los bordes 20 opuestos sean soldados entre ellos.

Debido a que existe una demanda de árboles ahusados, estará claro que el área de esta escotadura circular ha de incrementarse para acomodar el diámetro que se irá incrementando del árbol a medida que el árbol es alimentado (asumiendo que el árbol es alimentado desde el extremo estrecho o punta hasta el extremo ancho o cabo). Esto, a su vez, significa que la ranura 32 en la superficie 30 cilíndrica curvada de cada rodillo 12, 14 se ha de hacer progresivamente más grande alrededor de la circunferencia del cilindro. Puesto que el rodillo rota cuando el árbol es alimentado, la escotadura entre las ranuras opuestas se incrementa para acomodar el huso que se incrementa. Así pues, se puede observar en la figura 2 que los husos 32 en los puntos de los rodillos 12, 14 más alejados entre ellos son sustancialmente mayores que en los puntos más cercanos entre ellos.

Para mantener una fuerza suficiente para cerrar la junta del árbol abierto, se retarda la rotación de los cilindros. De lo contrario, el árbol ahusado sencillamente haría girar los rodillos hasta un punto en el que el huso del árbol está acomodado fácilmente por la escotadura que aumenta entre las ranuras.

Una vez que el árbol ha sido alimentado entre los rodillos, entonces se fija a una pareja de orificios 34 de agarre (figura 1) por una pareja de mordazas (no mostradas) que están montadas sobre un carro móvil. El carro es alejado de los cilindros a lo largo de la dirección de la flecha 24 para tirar del árbol a través de los rodillos. Se ha de generar una gran fuerza para tirar del árbol a través de los rodillos para vencer la fuerza de retardo en los rodillos. Esta fuerza se incrementa a medida que aumenta el huso del árbol, ya que la cantidad de fuerza requerida para cerrar un árbol de un diámetro elevado es mayor que la requerida para cerrar un diámetro pequeño. Para proporcionar suficiente fortaleza estructural en la punta del árbol, los orificios 34 de agarre han de estar espaciados desde la punta del árbol por una distancia x suficiente (figura 1), para evitar que las mordazas se rompan a lo largo del metal entre los orificios 34 y la punta.

La soldadura por resistencia eléctrica se realiza aplicando una corriente a lo largo de los bordes 20 opuestos en la zona 18, tal que en el punto donde se encuentran los bordes se funde el metal y se crea una unión. El árbol, sin embargo, ha de ser alimentado a través de los rodillos hasta el punto donde las mordazas se pueden agarrar en los orificios 34 de agarre (como en la figura 1), antes de que pueda comenzar la soldadura continua. Esto significa, necesariamente, que hay una longitud significativa de árbol que no se puede usar cerca de la punta que ha de ser recortada del árbol terminado.

Los rodillos 12, 14 deben estar hechos de acero endurecido (u otro material endurecido similar), para generar de un modo consistente las fuerzas de cierre requeridas. Estos se mecanizan a partir de una masa única de acero, y a continuación son sometidos a un calentamiento y a un enfriamiento para conseguir la dureza correcta. Tales rodillos son muy difíciles de fabricar correctamente debido a su escala.

El proceso de endurecimiento requiere mecanizar una masa de acero muy grande, y a continuación calentarla y enfriarla de un modo uniforme sin que se produzca un agrietamiento. Normalmente se experimentan tasas de fallo del 50% al fabricar estos rodillos, lo que significa que el coste de fabricar rodillos de un modo exitoso se ve incrementado muy por encima del coste, ya elevado, relativo a la mecanización y al templado de un rodillo de acero de estas dimensiones.

El uso de estos rodillos también tiene una desventaja en el hecho de que se alcanza un límite superior relativo al tamaño del rodillo que se puede hacer desde un punto de vista realista, y como consecuencia de ello, a su vez, al tamaño del árbol que se puede hacer usando el proceso de cerrar por medio de soldadura un árbol abierto que se cierra por medio de cilindros de presión.

Otra desventaja adicional es que cualquier juego particular de rodillos está confinado para la fabricación de un único tipo de varilla o árbol. No se puede hacer una varilla que tenga diferentes características de ahusamiento sin diseñar y fabricar un nuevo juego de rodillos. Debido a ello, el proceso carece de la versatilidad requerida para ser capaz de llevar a cabo pequeñas órdenes, debido a que el coste elevado de los rodillos ha de ser computado en el coste por árbol, y el tiempo invertido en diseñar y fabricar los rodillos impide fabricar nuevas formas de árbol en un corto espacio de tiempo.

La invención tiene como objeto suministrar una máquina de soldadura y un procedimiento de soldadura que supere al menos algunas de las desventajas de la técnica anterior.

Descripción de la invención

La invención proporciona un procedimiento de soldadura de un árbol ahusado hueco según la reivindicación 1.

La invención también proporciona un aparato de soldadura según la reivindicación 4.

Las fuerzas radiales dirigidas hacia dentro se ejercen en una pluralidad de puntos discretos sobre la superficie del árbol.

Preferentemente, el medio de soldadura comprende una disposición de soldadura por resistencia eléctrica.

El medio para aplicar fuerzas radiales dirigidas hacia el interior al eje en una pluralidad de puntos discretos sobre la superficie del árbol comprende una pluralidad de rodillos de presión que definen una abertura a través de la que se guía el árbol, y medios para variar las posiciones de los rodillos para variar con ello las dimensiones de la abertura.

Opcionalmente, se puede proporcionar varios juegos de rodillos, definiendo cada uno una abertura, con el árbol pasando progresivamente a través de cada abertura, sucesivamente.

El aparato comprende adicionalmente medios de alimentación para mover un árbol abierto a través de los medios mencionados para aplicar fuerzas radiales dirigidas hacia el interior, por lo que el árbol abierto se cierra progresivamente y se suelda a lo largo de su longitud.

Breve descripción de los dibujos

La invención se ilustra a continuación con más detalle mediante la siguiente descripción de una forma de realización de la misma dada a modo de ejemplo sólo en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La fig. 1 es una vista en planta de un aparato conocido para cerrar un árbol abierto;

La fig. 2 es un alzado seccional del aparato de la figura 1 tomado a lo largo de la línea II-II;

La fig. 3 es una vista en perspectiva de un aparato conforme a la presente invención que muestra una varilla cuando se empieza a mover a través del aparato;

La fig. 4 es una vista en perspectiva de un árbol abierto antes de ser soldado por el aparato de la presente invención;

Las figs. 5-9 son vistas en perspectiva similares a las de la figura 3, que muestran el árbol en etapas sucesivas a medida que se mueve a través del aparato de la figura 3;

La fig. 10 es una vista en planta de la mesa de transferencia y de la mesa de entrada del aparato de la figura 3;

La fig. 11 es un alzado lateral de un transportador de la mesa de transferencia del aparato de la figura 3;

Las figs. 12-15 son alzados laterales de diferentes estaciones de la mesa de entrada del aparato de la figura 3;

La fig. 16 es una vista en planta esquemática de un detalle de un árbol que está siendo soldado del aparato de la figura 3;

La fig. 17 es un alzado frontal de la placa central y de los rodillos de presión del aparato de la figura 3;

La fig. 18 es una vista en perspectiva de la placa central y de los rodillos de presión del aparato de la figura 3;

La fig. 19 es un alzado lateral de la sección central del aparato de la figura 3;

La fig. 20 es un alzado lateral de la mesa de salida del aparato de la figura 3; y

La fig. 21 es un diagrama de bloques de un circuito de control usado en el aparato de la figura 3.

Descripción detallada de la forma de realización

En la figura 3, se indica de modo general en el número 40 un aparato conforme a la presente invención, que comprende los siguientes montajes principales: una mesa de transferencia 42, una mesa de entrada 44, una sección central 46 y una mesa de salida 48.

La mesa de transferencia 42 se usa para sujetar un determinado número de árboles que han de ser soldados, y para cargar estos árboles, a su vez, en la mesa de entrada 44. Un árbol 50 de este tipo se muestra en la posición en la mesa de transferencia 42.

La figura 4 muestra un árbol 50 abierto en perspectiva. El árbol 50 comprende una lámina 52 de material que ha sido transformado en una forma cilíndrica generalmente cerrada que tiene una junta 54 abierta definida entre bordes 56, 58 opuestos.

Para conformar el árbol 50 abierto, se corta una sección de una lámina a cero de un rollo de lámina de acero para formar una forma trapezoidal, cuyas dimensiones definen la longitud 60 del árbol, los diámetros de la punta 62 y del cabo 64 del árbol 50, y de este modo el grado de ahusamiento del árbol 50.

El trapezoide se transforma en la forma cilíndrica cerrada mediante una serie de operaciones de troquelado entre los miembros de troquelado macho y hembra, y se conoce en el estado de la técnica.

Para fabricar un árbol o una varilla cerrada a partir de un árbol 50 abierto, el aparato 40 ha de forzar el cierre de la junta 54 y soldar los bordes 56, 58 opuestos entre ellos.

La figura 5 muestra el árbol 50 cuando ha sido cargado sobre la mesa de entrada 44. La mesa de entrada hace girar el árbol hasta que la junta está en la parte más superior, y entonces transporta el árbol, la punta primero, en esta orientación hacia la sección 46 central.

Cuando el árbol 50 está en la sección 46 central (figura 6), la junta está cerrada y los bordes opuestos están soldados entre ellos según el árbol de mueve de modo continuado a través de la sección central hacia la mesa de salida 48.

La mesa de salida 48 tiene un motor de actuación 66 que mueve un banco de estiraje (no mostrado) para tirar de la punta del árbol extrayéndolo de la sección central. A medida que el árbol se mueve entrando en la mesa de salida (figuras 6 y 7), la junta se suelda progresivamente, cerrándose, hasta que el árbol cerrado está dispuesto enteramente en la mesa de salida (figura 7).

El banco de estiraje se desacopla entonces del árbol, y se hace bajar el árbol dentro de la sección de salida (figura 8) para permitir al banco de estiraje seguir moviéndose para acoplarse con la punta del siguiente árbol, y finalmente, el árbol es extraído de la mesa de salida (figura 9) para otras operaciones, cuya naturaleza será determinada por el uso final del árbol.

Cada uno de los montajes principales se describirá a continuación con mayor detalle.

La figura 10 muestra la mesa de transferencia 42 con tres árboles 50 cargados sobre ella. La mesa de transferencia tiene cinco transportadores de cadena de rodillos 68 conducidos desde un árbol 70 común. Uno de estos transportadores está mostrado en un alzado lateral simplificado en la figura 11. El transportador 68 comprende una cadena 72 que tiene varias clavijas de localización 74 que soportan los árboles 50. En la figura 11 se identifican la punta 62 y el cabo 64 de uno de los árboles 50, del mismo modo que la junta 20 abierta de uno de los otros árboles.

La cadena 72 está montada sobre un par de ruedas de cadena 76, 78. Cuando se rota el árbol 70 de accionamiento común, los árboles 50 son elevados sobre la mesa de transferencia hacia el árbol 70 de accionamiento. Al llegar al extremo de la mesa, los árboles son depositados sobre la mesa de entrada 44, que está mostrada en la figura 10 como una serie de estaciones descritas posteriormente con más detalle.

En la figura 10 se puede observar que los tres árboles ilustrados descansan únicamente sobre cuatro de los cinco transportadores 68. El quinto transportador se provee para soportar árboles más largos. La mesa de transferencia está provista de un travesaño de posicionamiento 80 para alinear las puntas 62 de los árboles y asegurar que los árboles están depositados en la posición correcta a lo largo de la mesa de entrada 44.

La figura 10 muestra las posiciones de la mesa de entrada 44 como una serie de estaciones 82, 84a-84c, 86a-86c, 88a-88c dispuestas a lo largo de una línea 89 de referencia perpendicular a los transportadores 68. La mesa de entrada está formada por cuatro tipos diferentes de estaciones que soportan el árbol conjuntamente, lo orientan a una posición en la que la junta está en la parte más elevada, y lo llevan hacia la sección central. Los cuatro tipos diferentes de estación están definidos por los tipos de rodillos sobre los que se soporta el árbol.

La primera estación (que empieza en el extremo de la mesa de entrada 44 más alejado de la sección central), es una estación 82 de rodillo de soporte sin motor usada únicamente para soportar los cabos de árboles largos.

La segunda, quinta y séptima estaciones son estaciones 84a, 84b, 84c de rodillo de orientación que se usan para rotar el árbol alrededor de su eje hasta que la junta está en la posición más superior.

La tercera, cuarta y sexta estaciones son estaciones 86a, 86b, 86c de rodillo de accionamiento sin juntas con motor que se usan para conducir el árbol hacia delante hacia la sección central.

Finalmente, la octava, novena y décima estaciones son estaciones 88a, 88b, 88c de rodillo de accionamiento guiadas por juntas con motor que se usan para conducir el árbol hacia delante hacia la sección central manteniendo la junta en la arte más superior.

Los cuatro tipos de estaciones se pueden observar en alzado a lo largo de la dirección del eje del árbol (no mostrado) en las figuras 12-15.

La figura 12 muestra la estación 82 de rodillo de soporte sin motor que está formada por un marco 90 de soporte que tiene una pareja de rodillos 92 inferiores (de los cuales sólo es visible el más cercano) y un único rodillo 94 superior. Cada uno de los rodillos 92, 94 tiene la forma de una pareja de mitades frustocónicas contiguas que definen un soporte bajo en forma de "V" para el árbol. Estos rodillos permiten que el árbol se mueva a lo largo de la dirección de su eje hacia la sección central.

Los rodillos 92, 94 inferior y superior están montados sobre un montaje 96 de soporte del rodillo inferior y sobre un montaje 98 de soporte del rodillo superior, respectivamente, que se pueden mover hidráulicamente en una dirección hidráulica para abrir y cerrar el espacio entre los rodillos 92, 94.

Todas las demás estaciones tienen, de modo similar, un marco 90 de soporte y montajes 96, 98 de soporte del rodillo inferior y superior (sobre los que están montados diferentes tipos de rodillos), tales que cada una de las diez estaciones puede ser abierta y cerrada de modo independiente respecto a las otras estaciones.

En las estaciones 84 de rodillo de orientación 84 (figura 13), el montaje 96 de soporte del rodillo inferior tiene cuatro rodillos 100 de orientación conducidos por una cadena de accionamiento 102. Los rodillos 100 de orientación están montados de modo transversal respecto a los rodillos 92, 94 de la estación 82 de rodillo de soporte sin motor, es decir, los ejes de los rodillos de orientación son paralelos al eje del árbol. Una pareja de rodillos 104 de orientación conducidos están montados en el montaje de soporte del rodillo superior de la estación 84. De esta manera, cuando el árbol está soportado únicamente sobre las estaciones 84a, 84b, 84c del rodillo de orientación, y los montajes de soportes del rodillo inferiores y superiores se unen de manera que la superficie del árbol está en contacto en su parte inferior con rodillos 100 y su parte superior con redilos 104, la rotación de estos rodillos 100, 104 causa que el árbol rote alrededor de su propio eje.

Un conjunto 105 de sensores de proximidad (figura 10) está montado sobre el marco de soporte de la estación 88a para detectar la junta del árbol. Cuando el sensor de proximidad detecta que la junta está en el punto más superior de la circunferencia del árbol, los rodillos de orientación se paran para mantener la orientación correcta del árbol.

La figura 14 muestra las estaciones 86 de rodillo de accionamiento sin juntas con motor que son similares a la estación 82 sin motor, pero tienen un motor de accionamiento 106 en el montaje 94 de soporte del rodillo inferior que acciona la pareja inferior de rodillos 108 (de nuevo, en la figura 14 sólo se puede observar el más cercano de la pareja). El rodillo 110 superior no está accionado en esta estación.

La figura 15 muestra las estaciones 88 de rodillo de accionamiento guiadas por juntas con motor que son idénticas a las estaciones 86 de rodillo de accionamiento sin juntas de la figura 14 excepto por el hecho de que el rodillo 112 superior tiene en la figura 15 una guía de la junta 114 que se extiende desde su centro. Cuando los rodillos 100, 104 de orientación (figura 13) han colocado la junta del árbol en la parte más superior, y se juntan los montajes 96, 98 de soporte del rodillo inferiores y superiores de la estación 88a para enganchar el árbol, de manera que la guía de la junta 114 está asentada en la junta del árbol y evita que el árbol rote sobre su eje a medida que es movido hacia delante hacia la sección central. Las dos estaciones 88b, 88c de rodillo de accionamiento guiadas por juntas con motor también enganchan de modo subsiguiente el árbol de la misma manera. Esto garantiza que los electrodos de soldado están dispuestos correctamente respecto a la junta en la sección central, tal y como se describirá a continuación.

El funcionamiento de la mesa de entrada es como se describe a continuación. Un conjunto de sensores determina que las estaciones están abiertas correctamente para recibir un árbol. En una operación continua, cada estación se abrirá a medida que el cabo del árbol pase por los rodillos de esa estación, y para árboles de la longitud mostrada en la figura 3, únicamente es necesario, así pues, que estén abiertas las estaciones 84b, 84c, 86b, 86c, 88a de la cuarta a la octava para cargar un árbol. El árbol precedente puede estar todavía en el proceso de ser conducido hacia delante por las estaciones 88b, 88c novena y décima cuando los sensores determinen que la mesa de entrada está lista para recibir el siguiente árbol. Obviamente, para árboles más largos, también puede que hayan de estar abiertas la primera, la segunda y la tercera estación.

El árbol está depositado sobre los juegos inferiores de rodillos de las estaciones abiertas. Los montajes 96, 98 de soporte del rodillo inferiores y superiores de las estaciones 84 de rodillo de orientación se juntan entonces de modo hidráulico para agarran el árbol. Mientras que los montajes 94 de soporte inferiores son conducidos hacia arriba para encontrarse con los montajes 96 de soporte superiores que están descendiendo, se eleva el árbol hasta aproximadamente la posición de referencia.

En la posición de referencia, el árbol está sujeto de modo horizontal con su eje apuntando directamente a lo largo de la línea de la mesa de entrada. En otras palabras, la línea de referencia para todos los movimientos de translación y de rotación es el eje central del árbol (y no la línea de la junta que está formando un ángulo con el eje central tal y como determina el ahusamiento).

Un cilindro neumático hace bajar al conjunto 105 de sensores de proximidad acercándolos a la superficie superior del árbol. Los rodillos 100, 104 de orientación se rotan entonces para hacer girar el árbol alrededor de su eje longitudinal hasta que el conjunto 105 de sensores de proximidad determina que la junta está en la parte más superior. Se hace bajar a una guía de la junta (no mostrada) montada adyacente al conjunto de sensores de proximidad haciéndola entrar en la junta para evitar un deslizamiento de rotación.

Una vez que la junta está en la parte más superior, los montajes 96, 98 de soporte del rodillo de accionamiento con motor de las estaciones 86b, 86c, 88a se juntan para enganchar el árbol desde arriba y abajo, con la guía de la junta 114 de la estación 88a posicionándose en la junta del árbol. Las estaciones del rodillo de orientación se abren entonces y vuelven a sus posiciones iniciales. El conjunto 105 de sensores y la guía de la junta asociada que se había hecho bajar inicialmente para evitar un deslizamiento también pueden ser retirados, ya que la guía de la junta 114 de la estación 88a sujetará ahora a la junta en la posición más superior.

Los cilindros hidráulicos que accionan los montajes 96, 98 de soporte del rodillo superiores e inferiores de las estaciones 86b, 86c, 88a del rodillo de accionamiento con motor operan entonces para posicionar de un modo preciso el eje central del árbol a lo largo de la referencia. Una vez que el árbol está posicionado de modo preciso, la presión hidráulica sobre los montajes de soporte del rodillo se relaja para soportar de un modo firme el árbol sin agarrar el árbol tan fuertemente que las fuerzas de fricción impidan el movimiento de translación del árbol hacia la estación central.

El árbol, una vez que está posicionado, se conduce hacia delante por medio de los rodillos inferiores con motor de las estaciones 86b, 86c, 88a de accionamiento con motor hasta que la punta entra en la sección central. Debido a la inercia de un árbol grande, los rodillos son accionados para acelerar y decelerar el árbol de un modo suave haciéndolo entrar en la sección central 44, con sensores en la sección central que detectan la aproximación y corrigen el posicionamiento de la punta del árbol para comenzar con la soldadura.

A medida que el árbol es conducido hacia delante, los montajes de soporte del rodillo inferiores y superiores de cada una de las estaciones de mesa de entrada se separan con una velocidad determinada por el ahusamiento del eje. Las estaciones 88b y 88c están listas para enganchar el árbol cuando entra a esta estaciones y para apartarse de un modo similar conduciendo al árbol hacia delante.

Tal y como se ha indicado anteriormente, cuando el cabo del árbol pasa por cada estación individual, los montajes de soporte del rodillo inferiores y superiores de esa estación están completamente abiertos para esperar el siguiente árbol.

El proceso de soldadura es un proceso de soldadura por resistencia eléctrica en la forma de realización descrita (si bien también se podrían usar como apropiadas otras técnicas de soldadura). La figura 16 ilustra de modo esquemático los componentes principales de la sección central usados en el proceso de soldadura por resistencia eléctrica.

En la figura 16, el árbol 50 está visto desde arriba. Una junta 16 abierta definida entre bordes 20 opuestos es cerrada de modo forzado a medida que el árbol se mueve en la dirección de la flecha 24 a través de un conjunto de rodillos 116, 118 de presión, que están representados esquemáticamente en la figura 16. El conjunto de rodillos se puede observar con un mayor detalle en el alzado final en la figura 17 y en perspectiva en la figura 18.

Los rodillos 116, 118 de presión se operan de modo hidráulico para generar una fuerza radial dirigida hacia el interior sobre la superficie exterior del árbol. Esta fuerza compresiva causa que los bordes opuestos estén forzados a ponerse en contacto en un punto de soldadura indicado en 120. De este modo, los bordes opuestos forman una forma de "V" inmediatamente corriente arriba (en la dirección de la mesa de entrada, opuesta a la de la flecha 24).

Un paso de aleta 122 está asentado en el interior de la junta abierta corriente arriba respecto al punto de soldadura para mantener abierta la "V" al menos en una magnitud predeterminada, que dependerá de los parámetros de soldadura y de las propiedades del acero o de los otros materiales que están siendo soldados. En caso de que sea necesario, se pueden proporcionar uno o más conjuntos adicionales de rodillos de presión y/o pases de aleta para cerrar correctamente la junta con el ángulo requerido, y para aplicar una fuerza de cierre adicional donde se requiera.

Una pareja de electrodos 124, 126 de soldadura se pone en contacto con la superficie exterior del árbol adyacente a los bordes 20 opuestos cerca de la "V" entre el paso de aleta 122 y el punto de soldadura 120. Los electrodos de soldadura están conectados a una fuente de tensión de alta corriente, bajo voltaje y alta frecuencia.

La alta corriente es aplicada por los electrodos a las porciones del borde del árbol, donde ésta fluye preferentemente a lo largo de un borde, a través del punto de contacto (punto de soldadura 120), y de vuelta a lo largo del otro borde. La resistencia localizada en el punto de soldadura causa que la temperatura se eleve por encima del punto de fusión del material, y los bordes que están en contacto se funden y se fusionan entre ellos.

Para árboles de un diámetro inferior (o en el extremo de la punta de ejes ahusados), la corriente puede tender a fluir en circunferencias alrededor del árbol entre los contactos, en lugar que a lo largo de los bordes de la "V". En tales casos, se puede disponer un impedidor en un brazo que se extienda desde el paso de aleta bajando a través de la junta abierta del árbol, es decir, dentro del árbol abierto hueco. El impedidor es un cuerdo generalmente cilíndrico que se extiende más allá del paso de aleta hasta un punto que está generalmente por debajo de los electrodos de soldadura, y que está relleno de varillas de ferrita. Estas varillas actúan para contrarrestar el campo inducido alrededor de la circunferencia del árbol, inhibiendo el flujo de corriente fuera de la circunferencia, y con ello haciendo que la corriente fluya a lo largo de los bordes de la "V".

La soldadura se fortalece por medio de la fuerza compresiva aplicada por los rodillos de presión, de manera que los extremos fundidos son empujados entre ellos para formar una junta 128 elevada por encima y por debajo de la superficie del árbol. La parte externa (visible) de esta junta elevada puede ser retirada por una máquina de repulsión de recortes mientras que siga estando blanda, o bien puede ser retirada mediante mecanización posteriormente. Preferentemente, una máquina de repulsión de recortes está situada precisamente corriente abajo respecto al rodillo 116 de presión.

Se puede observar que el rodillo 116 (figuras 16 y 17) tiene una superficie escalonada que define una escotadura 116a. Esto es para acomodar la junta todavía fundida a medida que pasa por debajo del rodillo.

La corriente real aplicada dependerá de las características del material que se está soldando y de la velocidad a la que el árbol es movido pasando por los electrodos. Un pirómetro (no mostrado) dispuesto por encima del punto de soldadura 120 supervisa el color del material fundido (y de esta manera la temperatura de soldadura), y la corriente se controla para mantener una temperatura de soldadura adecuada.

La secuencia de pasos desde el punto en el que la punta del árbol entra la sección central es de la siguiente manera. La posición del paso de aleta (y del impedidor, en caso de que esté presente) es fija para asegurar que el paso de aleta está posicionado correctamente para pasar dentro de la junta del árbol cuando la punta entre la sección central. Tal y como se ha descrito anteriormente, los rodillos de accionamiento de la mesa de entrada aceleran y deceleran el árbol para posicionar de un modo correcto la punta dentro de la sección central.

El árbol se detiene con la punta sobresaliendo corriente debajo de una placa 130 central (vista desde la parte de corriente arriba en las figuras 17 y 18) sobre la que están montados los rodillos 116, 118 de presión, cada uno de ellos por medio de su propio cilindro 132 hidráulico. Cada cilindro 132 hidráulico se puede accionar independientemente para mover el rodillo 116, 118 de presión asociado de modo radial hacia el centro 134 (figura 17), o alejándolo de éste, de una abertura 136 en la placa central 130.

La figura 19 muestra la sección central en una vista lateral, con algunos componentes omitidos por razones de claridad. Se usa un marco de soporte 138 para montar la placa 130 central, y sobre esta placa central, los rodillos 116, 118 de presión montados verticalmente pueden ser vistos espaciados de modo equidistante de la línea de referencia 89. La figura 19 también muestra el montaje 140 de paso de aleta sobre el que está montado el paso de aleta 122. El montaje de paso de aleta se puede mover hidráulicamente en una dirección vertical por medio de un cilindro 142 hidráulico. Otro paso de aleta o guía de la junta 144 está montado en el montaje 140 del paso de aleta en la dirección de la mesa de entrada.

El montaje de soldadura y el impedidor se omiten por razones de claridad. El montaje de soldadura baja a un hueco 146 entre el montaje 140 del paso de aleta y el cilindro 116 de presión.

Un banco de estiraje 148 (mostrado parcialmente en la figura 19) en la mesa de salida está equipado con una pareja de mordazas 150 que se pueden accionar para agarrar una pareja de orificios de agarre dispuestos adyacentes a la punta del árbol. El banco de estiraje 148 se mueve a lo largo de la mesa de salida hacia la sección central cuando el árbol entra en la mesa de entrada, y una vez que la punta está posicionada de modo correcto, las mordazas 150 se enganchan con los orificios de agarre en un punto que está justo más allá de la placa central 130.

A continuación, cada uno de los cilindros 118 de presión (pero no el cilindro 116 de presión) convergen en el árbol para cerrar la junta. La presión ejercida por los nueve cilindros hace que los bordes que se juntan sean forzados hacia arriba, de manera que el árbol tenga una sección transversal muy ligera en forma de "lágrima". Finalmente, el cilindro 116 de presión desciende para deprimir los bordes que se juntan y proporcionar una sección transversal circular. Los electrodos 124, 126 de soldadura se proporcionan sobre un montaje de soldadura (mostrado de modo esquemático en la figura 16 como un perfil 151 punteado alrededor de los electrodos) que puede ser elevado y bajado de modo hidráulico. El montaje de soldadura se sujeta retirado de la superficie del árbol hasta que los cilindros 116, 118 de presión han contactado y cerrado el árbol. A continuación el cilindro hidráulico hace bajar al montaje de soldadura hacia la superficie del árbol. Los electrodos se pueden accionar de modo neumático a una distancia relativamente corta respecto al montaje de soldadura, de manera que se puede establecer o romper instantáneamente el contacto de soldadura sin retirar todo el montaje de soldadura.

Cuando se establece el contacto de soldadura, se aplica agua de refrigeración al montaje de soldadura, y al generador de corriente se le envía una señal para aplicar una corriente de precalentamiento a los electrodos para precalentar el área de soldadura a, por ejemplo 800-850ºC. Poco tiempo después (por ejemplo 1-2 segundos después de la aplicación de la corriente de precalentamiento), el motor 66 de accionamiento vectorial de la mesa de salida 48 (figura 6) se pone en funcionamiento y comienza a acelerar el banco de estiraje, que está sujetando la punta del árbol alejándola de la mesa de salida.

De modo simultáneo a la aceleración del banco de estiraje, se envía una potencia de soldadura total a los electrodos de soldadura, calentando de este modo el punto de soldadura a la temperatura de soldadura completa (p. ej. 1250-1350ºC).

El motor accionado vectorialmente se acciona controlado por ordenador. La posición exacta del rotor del motor se supervisa para determinar la posición precisa del banco de estiraje relativa a la sección central. El ordenador está programado con las características de ahusamiento del árbol, y de esta manera se puede determinar el diámetro del árbol en el conjunto de cilindros de presión, la posición del electrodo de soldadura, la posición del paso de aleta, y cada una de las estaciones de mesa de entrada.

Cuando el banco de estiraje se mueve, los cilindros de presión son movidos hacia fuera a la velocidad precisa requerida para mantener suficiente presión para cerrar el árbol, proporcionando el ahusamiento. De un modo similar, el cilindro hidráulico que controla el montaje de soldadura mueve los electrodos de soldadura hacia arriba para mantener el contacto con el árbol, y el paso de aleta y el impedidor son movidos de la misma manera hacia arriba a la velocidad apropiada para mantener su posición relativa a la junta del árbol. Las posiciones de los cilindros hidráulicos que controlan los montajes de soporte del rodillo de las estaciones de mesa de entrada también están controladas por el ordenador, y varían para proporcionar el ahusamiento del árbol.

El banco de estiraje se puede operar típicamente a velocidades de hasta 25 m/minuto, y superiores, sin comprometer la calidad de soldadura.

Cuando el cabo del árbol pasa un punto determinado, se retira la potencia de soldadura, y el banco de estiraje continua tirando del eje hasta llevarlo enteramente a la mesa de salida.

La figura 20 muestra la mesa de salida 48 en un alzado lateral. El banco de estiraje 148 (con sus mordazas 150 orientadas hacia la sección central) se mueve a lo largo de una pista 152 bajo la influencia del motor 66 de accionamiento que acciona una cadena (no mostrada) alrededor de una pareja de ruedas de cadena 154.

Las mordazas se mueven a lo largo de la línea de referencia, extrayendo el eje soldado (no mostrado) directamente de los rodillos de presión. Cuando el cabo del árbol sale de los rodillos de presión de la sección central, se accionan hidráulicamente un cierto número de rodillos 156 de cuna por medio de cilindros 157 hidráulicos dispuestos dentro de la mesa de salida para pivotar hacia arriba para encontrarse con el árbol que cae sobre los rodillos de cuna.

Las mordazas 150 se desenganchan después del árbol y se bajan los rodillos 156 de cuna volviendo a la posición mostrada en la figura 20. Justo antes de que los rodillos de cuna estén completamente bajados, el árbol se encuentra con un conjunto de rodillos 158 accionados en la base de la mesa de salida, y debido a ello, el árbol es transferido a los rodillos accionados (véase también la figura 8).

En este punto, el motor 166 se invierte para enviar el banco de estiraje de vuelta a la mesa de salida en preparación para el siguiente árbol. Los rodillos accionados son accionados entonces para transferir el árbol sacándolo del extremo de la mesa de salida (en la manera indicada en la figura 9) cuando el banco de estiraje empieza a tirar del siguiente árbol hacia delante. Debido a la elevada velocidad a la que opera la invención, el tiempo transcurrido desde que el árbol se carga sobre la mesa de entrada hasta que es bajado a la mesa de salida está en el orden de 45 segundos.

La figura 21 muestra un circuito de control para controlar el aparato de la presente invención.

Un rectificador controlado de silicio (SCR) 160 actúa como un suministro de potencia. Se alimenta una potencia trifásica de entrada por medio de un rompedor de circuito y un contactor magnético a pilas de tiristores que controlan la tensión de salida desde 0% a 100% ajustando la secuencia de disparo de las puertas, el ángulo de fase y la temporización. Un regulador automático de tensión estabiliza la tensión de salida continua y protege contra las fluctuaciones de tensión de entrada.

La potencia del SCR 160 se alimenta a un transformador (TR) 162 principal que transforma la tensión a alta tensión. La alta tensión se alimenta a una unidad osciladora de alta frecuencia (HF OSC) 164, que en primer lugar convierte la potencia alterna de alta tensión del transformador 162 a continua, y a continuación alimenta esta tensión continua a un oscilador para generar una salida de alta frecuencia. Esta salida se alimenta entonces a un transformador (o/p TR) 166 de salida de alta frecuencia que convierte el suministro a potencia de baja tensión y alta corriente que se aplica a las puntas del contacto de soldadura o a los electrodos de soldadura 124, 126.

Un pirómetro 168 colocado por encima de la zona de soldadura supervisa el color de la soldadura, y alimenta una señal a un controlador lógico programable (controlador Mitsubishi) 170 que varía la operación del transformador 162 para mantener la temperatura de soldadura correcta mediante la variación del suministro de potencia a los electrodos.

Un ordenador industrial programable (PIC 900 de Giddings y Lewis) 172 incluye elementos de hardware y de software. El hardware incluye un estante de sistema, módulos de hardware y conectores de entrada/salida controlados por una CPU. El software interactúa con una entrada y salida de operador, como por ejemplo una pantalla táctil, para generar comandos en respuesta a la entrada del operador y programar instrucciones, enviándose estos comandos a módulos de salida hardware que, a su vez, controlan dispositivos físicos conectados al PIC.

En el caso presente, se proporcionan dos interfaces 174, 176 de operador de pantalla táctil. La pantalla 174 se usa para controlar la operación del controlador 170, para cambiar los parámetros de soldadura (tales como la temperatura de soldadura). La pantalla 176 se usa para controlar PIC 172 para cambiar los controles de movimiento para los varios mecanismos hidráulicos, mecanismos neumáticos y motores del aparato, todos los cuales están bajo el control del PIC.

La unidad 178 de accionamiento vectorial Cegelec usa información de la velocidad del motor o del ángulo de deslizamiento y un modelo de las características del motor para calcular la forma de onda de salida que mantendrá una orientación óptima del campo para las bobinas del motor 180 bajo todas las velocidades y cargas del motor. El motor 180 es un motor Baldor de 6 polos, 1000 r.p.m y tamaño de marco 449TC con una salida de 200 C.V., y un montaje de caja de cambios planetario montado con pestaña.

Tal y como se ha indicado anteriormente, la posición del banco de estiraje tal y como se calcula por la unidad de accionamiento vectorial se usa para controlar las posiciones de los montajes de rodillo de mesa de entrada, del montaje de paso de aleta, del montaje de soldadura y de los rodillos de presión. Cada uno de estos usa un cilindro 182 hidráulico que tiene un AEC (Convertidor absoluto a codificador) 184 asociado. El AEC 184 toma la salida de un transductor por desplazamiento lineal simple, y convierte la señal a una cuadratura de codificador incrementar (cuadratura de onda cuadrada). El AEC toma dos posiciones del transductor. La diferencia o cambio se convierte en pulsos en cuadratura que se usan entonces para controlar el movimiento de cilindros hidráulicos. El sistema permite una precisión de posición de 0.01 mm.

El PIC puede ser programado para operar en uno de dos modos. En el primer modo, los cilindros son esclavos de la posición del árbol, usando la realimentación de los transductores por desplazamiento lineales para posicionar los cilindros en el ajuste requerido para la posición actual del banco de estiraje. Este es el modo que ha sido descrito anteriormente.

En el segundo modo, los rodillos de presión están posicionados por el controlador en sus posiciones iniciales, y el PIC se desprende del bloqueo posicional, y en su lugar, va a un control de bucle abierto, aplicando una presión predeterminada a las válvulas de alimentación hidráulica según un aumento de tensión predeterminado. Para cualquier conjunto de árboles, la cantidad de presión que se ha de aplicar para las válvulas de alimentación hidráulica para mantener la presión de rodillo correcta cuando el árbol se mueve a lo largo de la mesa de salida se puede determinar a lo largo del tiempo.

Los dos modos pueden ser usados independientemente entre sí en los diferentes cilindros, es decir, el mismo modo no tiene por qué ser usado en todos los cilindros. Por ejemplo, en un caso en el que un número limitado de rodillos de presión se usan para un árbol de punta estrecha, los rodillos adicionales se pueden llevar a la línea gradualmente a medida que aumenta el ahusamiento. Estos rodillos adicionales pueden ser operados bajo control de presión para evitar un incremento súbito de presión que podría dañar o distorsionar el árbol.

Debido a que la línea de referencia del sistema es la línea central del árbol, las posiciones correctas de las posiciones de los cilindros de presión, el montaje de soldadura, el montaje de paso de aleta y las estaciones de mesa de entrada se pueden calcular basadas en la posición del banco de estiraje, una vez que se conozca el diámetro de la punto, la longitud del árbol y el diámetro del cabo. El sistema, así pues, es extremadamente versátil permitiendo soldar diferentes tipos de árboles.

Una ventaja adicional importante respecto al aparato de las figuras 1 y 2 es que, en comparación, el aparato de la presente invención no tiene fricción. El aparato del estado de la técnica anterior ejerce una fricción de retardo considerable en el árbol cuando se arrastra. En comparación, las fuerzas ejercidas por los rodillos de presión de la presente invención están dirigidas casi completamente de modo radial, y la fuerza de fricción en la dirección axial es mínima ya que los rodillos de presión son libres de rotas cuando el árbol se mueve a través de la sección central.

Esto significa que hay menores costes de mantenimiento, menores requerimientos de potencia, y hay un menor esfuerzo en los componentes del aparato. Además, puesto que se ejerce una menor tracción en los orificios de agarre cerca de la punta, la distancia x (figura 1) puede ser reducida de un modo sustancial, reduciendo de este modo las pérdidas cuando se alisa el árbol acabado.

Las dimensiones de los rodillos cilíndricos de la figura 1 imponen también una cantidad mínima de pérdidas entre la punta del árbol y el comienzo de la soldadura (que puede empezar sólo después de las mordazas que enganchan los orificios de agarre).

El aparato de soldadura está en un lado de los rodillos espaciados exactamente, y los orificios de agarre han de estar en el lado opuesto cuando comienza la soldadura. Así pues, el diámetro de los rodillos tiene un efecto significativo en la longitud de la junta no soldada en el extremo de la punta del árbol. En comparación, las mordazas de la presente forma de realización pueden estar espaciadas simplemente pasando los rodillos de presión, con los electrodos de soldadura justo en frente de estos rodillos, reduciendo la cantidad de pérdidas en un orden de magnitud.

Aún otra ventaja adicional es que las dimensiones de los árboles que pueden ser fabricados por el aparato y por el procedimiento de la invención no están limitadas por un límite superior en tamaños de rodillo elevados (tal y como es el caso de aparatos del tipo de la figura 1). Simplemente, proporcionando un número suficiente de rodillos de presión de las dimensiones correctas, se pueden hacer árboles de cualquier tamaño. Se puede proporcionar ahusamientos extremos reduciendo opcionalmente el número de rodillos de presión en contacto con el árbol en el comienzo de la soldadura, e introduciendo rodillos adicionales en la operación a medida que se incrementa el diámetro del árbol.

Claims (6)

1. Un procedimiento para la soldadura de un árbol (50) ahusado hueco que tiene una junta (16) abierta definida entre bordes (20) longitudinales opuestos, comprendiendo el procedimiento:

mover un árbol (50) ahusado a lo largo de su eje longitudinal respecto a una pluralidad de rodillos (116; 118) que pueden rotar libremente de un modo sustancialmente simétrico alrededor de un eje (134) fijo común, y cada uno de ellos inclinado con un ángulo agudo relativo a sus siguientes vecinos adyacentes en cada lado, estando dispuestos los ejes de rotación del rodillo (116; 118) mencionados en un plano perpendicular al eje (134) fijo común mencionado, en el que cada uno del gran número de rodillos (116; 118) se puede mover por medio de presión hidráulica de modo radial respecto al eje (134) fijo para aplicar fuerzas radiales dirigidas hacia el interior al árbol (50) en una pluralidad de puntos discretos espaciados en la circunferencia alrededor de la superficie del árbol;

controlar el movimiento de los rodillos (116; 118) radialmente alrededor del eje (134) fijo para proporcionar el ahusamiento y cerrar progresivamente la junta (16) a medida que pasa por los rodillos (116; 118), y

soldar progresivamente la junta (16) después de que sea cerrada por los rodillos,

caracterizado porque la etapa de control del movimiento de los rodillos (116; 118) incluye el uso de un ordenador (172) de control para variar la presión hidráulica aplicada a los rodillos (116; 118) mediante el control de bucle abierto según un aumento de tensión predeterminado.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el número de rodillos en contacto con el árbol (50) se varía para proporcionar el ahusamiento del árbol.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la soldadura de la junta (16) resulta en una soldadura (128) elevada que se conforma en la superficie del árbol (50) cerrado, y en el que uno de los rodillos (116) mencionados está dispuesto para hacer contacto con el árbol (50) a lo largo de la junta (16) mencionada; estando provisto uno de los rodillos (116) mencionados con una ranura (116a) para acomodar la junta (128) elevada.

4. Un aparato para soldar un árbol (50) ahusado hueco que tiene una junta (16) abierta definida entre bordes (20) longitudinales opuestos, comprendiendo el aparato mencionado:

una pluralidad de rodillos (116; 118) que pueden rotar libremente dispuestos sustancialmente de modo simétrico alrededor de un eje (134) fijo común, y cada uno de ellos inclinado con un ángulo agudo relativo a sus siguientes vecinos adyacentes en cada lado, estando dispuestos los ejes de rotación del rodillo (116; 118) mencionados en un plano perpendicular al eje (134) fijo común mencionado, en el que cada uno de la mencionada pluralidad de rodillos (116; 118) se puede mover por medio de presión hidráulica de modo radial respecto al eje (134) fijo para aplicar fuerzas radiales dirigidas hacia el interior al árbol (50) en una pluralidad de puntos discretos espaciados en la circunferencia alrededor de la superficie del árbol;

medios (86a; 86b; 86c) para mover el árbol (50) a lo largo de su eje longitudinal respecto a los rodillos (116; 118) mencionados;

medios de control para mover los rodillos (116; 118) mencionados radialmente respecto al eje (134) fijo para proporcionar el ahusamiento y cerrar progresivamente la junta (16) a medida que pasa por los rodillos (116; 118) mencionados; y

medios (124; 126) para la soldar progresivamente la junta (16) después de ser cerrada por los rodillos (116; 118) mencionados, caracterizado porque

el medio de control mencionado incluye un ordenador (172) de control para variar la presión hidráulica aplicada a los rodillos (116; 118) mencionados por control de bucle abierto según un aumento de tensión predeterminado.

5. Un aparato según la reivindicación 4, en el que los rodillos (116; 118) individuales pueden ser llevados a contactar, o a retirarse del contacto, con el árbol (50) para proporcionar el ahusamiento del árbol.

6. Un aparato según la reivindicación 4 ó 5, en el que uno de los rodillos (116) mencionados está dispuesto para contactar con el árbol (50) a lo largo de la junta (16) mencionada, estando uno (116) de los rodillos mencionados provisto de una ranura (116a) para acomodar una formación de soldadura (128) elevada en la superficie del árbol (50) cerrado.