ES2306226T3 - Herramienta de soldadura para aparato de flejado. - Google Patents
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Abstract
Una herramienta de soldadura por fricción para un aparato de flejado, estando dicha herramienta dotada de un accionador cuyo movimiento de salida es convertible por una unidad de engranaje en un movimiento oscilatorio de una zapata de soldadura, caracterizada por un elemento aproximadamente poligonal (20) de accionador que está configurado, según se ve en la dirección de transmisión del movimiento de accionador, entre el accionador y la zapata (9) de soldadura y que está dotado de una superficie periférica (24) que comprende al menos tres zonas (30a, 30b, 30c) que están configuradas alrededor de un eje de rotación (18a) y que están a una distancia mayor al eje de rotación (18a) que otras zonas (31a, 31b, 31c) de dicha superficie periférica (24).
Description
Herramienta de soldadura para aparato de
flejado.
La presente invención se refiere a una
herramienta de soldadura por fricción, usada en combinación con una
máquina de flejado, estando dicha herramienta de soldadura dotada de
un accionador cuyo movimiento de salida puede ser convertido por un
mecanismo en un movimiento de oscilación de una zapata de soldadura.
Además, la presente invención se refiere a un aparato de flejado
dotado de una herramienta de soldadura por fricción.
Tales herramientas de soldadura por fricción se
usan ampliamente en combinación con aparatos móviles de flejado que
se usan en estaciones arbitrarias para flejar artículos que se van a
empaquetar con un fleje que se funde superficialmente. Sin embargo,
en principio, tales herramientas de soldadura por fricción también
se pueden usar con aparatos estacionarios de flejado. En general,
tal aparato de flejado comprende un tensor que aplica suficiente
tensión al bucle de fleje colocado alrededor del artículo en
particular que se va a empaquetar. Tras ello, el bucle de fleje se
puede fijar mediante una unidad de enclavamiento del aparato de
flejado al artículo que se va a empaquetar, para prepararlo para el
subsiguiente procedimiento de atadura. En lo que respecta a
aparatos de flejado de esta clase, el procedimiento de atadura se
puede implantar usando una herramienta de soldadura por fricción.
En tal proceso, el fleje se presiona mediante una zapata de fricción
de oscilación en la zona entre los dos extremos del bucle de fleje.
Esta presión y el calor generado localmente y durante un tiempo
corto por el movimiento funden superficialmente el fleje, que está
hecho típicamente de plástico. Como resultado, se forma una
conexión entre las dos capas superpuestas de fleje que es
prácticamente permanente y se puede deshacer en el mejor de los
casos sólo aplicando una gran fuerza.
Una pluralidad de tales herramientas de
soldadura por fricción usan una leva o un accionador de vástago de
conexión para convertir un movimiento rotatorio de accionamiento en
el movimiento de oscilación de la zapata de soldadura. Se ha
encontrado, sin embargo, que las sueldas pro fricción así hechas no
son del todo satisfactorias. Con el fin de conseguir enlaces
soldados de manera óptima, se debe aplicar una cantidad dada de
calor dentro de una ventana de tiempo dada adentro de un segmento
localmente confinado de las dos capas de fleje que se solapan
mutuamente. En lo que respecta a flejes convencionales de plástico,
se requieren temperaturas de fleje de aproximadamente 250ºC.
Esta característica conlleva ritmos de
funcionamiento dados de las zapatas de soldadura por fricción
mientras que simultáneamente se deben aplicar al fleje fricciones
dadas, donde tanto dichos ritmos como las fuerzas de fricción
pueden depender de la naturaleza del fleje. Además, el ritmo de
funcionamiento debería ser lo más constante posible. En general, se
encontrarán problemas para conseguir fuerzas de fricción y ritmos de
funcionamiento óptimos de las zapatas de soldadura usando las
fuerzas y los momentos torsores generados por una palanca manual y
el accionador convencional de biela dentro de la requerida ventana
de tiempo de soldadura superficial. Esta dificultad se acrecienta
además cuando se usan herramientas de soldadura por fricción
operadas manualmente (cuyo peso debería ser lo más bajo posible)
para disfrutar de una buen manejo del aparato de flejado.
Consecuentemente, habitualmente no se usan palancas de accionador
muy largas usadas para aplicar grandes momentos torsores ni
unidades de engranaje con muchas etapas de transmisión, debido a
dificultades de manejo.
Incluso cuando se usan motores eléctricos para
entregar el movimiento de accionador en lo que respecta a
herramientas de soldadura no actuadas manualmente, aparecen
problemas similares. De acuerdo con ello, hasta ahora se tenían que
aceptar compromisos entre los parámetros alcanzables de
soldadura.
El objetivo de la presente invención es por lo
tanto crear una herramienta de soldadura por fricción de la clase
citada anteriormente que mejore la soldadura.
Para una herramienta de soldadura del tipo
anterior usada en combinación con un aparato de flejado, este
problema se resuelve mediante la invención por medio de un elemento
aproximadamente poligonal de accionador que está configurado, según
se ve en la dirección de la transmisión del accionador, entre el
accionador y la zapata de soldadura y que comprende una superficie
periférica que tiene al menos tres zonas que están a una distancia
mayor desde el eje de rotación que otras zonas periféricas.
Se descubrió que el elemento aproximadamente
poligonal de accionador de la presente invención permite multiplicar
la carrera que de otro modo estaría disponible del diseño de biela,
siempre que el elemento aproximadamente poligonal de accionador
comprenda al menos tres zonas periféricas que estén a una distancia
mayor desde dicho eje de rotación de la unidad. Cada par de zonas
de distancia aumentada puede encerrar una zona periférica cuya
distancia máxima al eje de rotación es menor que la distancia menor
desde la superficie periférica en una de las zonas adyacentes. Esta
geometría se puede usar para conseguir parámetros de soldadura más
ventajosos que hasta el momento. La invención permite una mejora
significativa en la eficiencia de la herramienta de soldadura
incluso haciendo posible simultáneamente un diseño más económico de
herramienta de soldadura que hasta el momento.
Alternativamente, la velocidad angular se puede
reducir por un factor de tres usando palancas manuales en la
aplicación preferida, aplicándose dicha velocidad angular a un árbol
conectado directa o indirectamente a la palanca manual. Debido al
número aumentado de carreras por rotación del elemento de
accionador, es factible de este modo conseguir los mismos
parámetros de soldadura que hasta el momento. Tal característica se
puede explotar para conducir a un diseño más sencillo de la
herramienta de soldadura por fricción, haciéndose posible a su vez
una reducción en peso del aparato de flejado.
En la presente invención, un elemento poligonal
o casi poligonal de accionador en la aplicación preferida se puede
considerar que es un componente de un solo elemento o de múltiples
elementos, conectado a un árbol rotatorio y dotado de una
superficie periférica que se desvía de una forma circular. Un
elemento aproximadamente poligonal de accionador está caracterizado
adicionalmente porque la superficie periférica puede comprender
según se ve en la dirección periférica varias zonas mutuamente
adyacentes que difieren en sus distancias particulares de sus
distancias máximas particulares desde el eje de rotación. La
distancia entre la superficie periférica y el eje de rotación
también puede variar entre las propias zonas particulares. También,
y en lo que respecta a sus topografías, se pueden emplear zonas
idénticas. Ilustrativamente, las zonas de mayor distancia al eje de
rotación pueden ser al menos aproximadamente congruentes. El mismo
diseño se aplica también a las zonas de menor distancia máxima
desde el eje de rotación.
Básicamente, sin embargo, el elemento
aproximadamente poligonal de accionador puede comprender un cierto
número de zonas más alejadas del eje de rotación y preferiblemente
dicho número es impar y mayor que 3. Una zona de menor distancia al
eje de rotación del elemento aproximadamente poligonal de accionador
puede estar configurada entre dos zonas preferiblemente
secuenciales periféricamente que están más alejadas.
El elemento aproximadamente poligonal de
accionador puede estar conectado operativamente con al menos un
elemento de contacto con el fin de transmitir a este elemento un
movimiento que resulta de la rotación del elemento de accionador.
Preferiblemente, el elemento de accionador está configurado entre
dos elementos de contacto y desplaza a éstos últimos de un lado al
otro durante una carrera de una manera sincrónica en translación y
en la misma dirección. Dichos elementos de contacto están diseñados
para reposar contra la superficie periférica del elemento de
accionador. También ventajosamente, el contacto entre el elemento de
accionador y los dos elementos de contacto estará tan libre de
juego como sea posible. Una trayectoria preferida recta de juntura
de los elementos de contacto puede intersecar preferiblemente el eje
de rotación del elemento aproximadamente poligonal de accionador y
ser perpendicular a él.
Puede existir fricción de deslizamiento entre el
elemento de accionador y un mínimo de un elemento de contacto. Sin
embargo, ventajosamente, la carga mecánica de un mínimo de un
elemento de contacto y del elemento de accionador estará en forma
de fricción de rodadura. Esta característica se puede implantar por
ejemplo impartiendo un grado de libertad a los elementos de
contacto en forma de rotación alrededor de su eje de apoyo además de
su capacidad de trasladarse.
Ventajosamente, independientemente del número de
zonas, las líneas de diámetro del elemento aproximadamente
poligonal de accionador que intersecan el eje de rotación serán al
menos aproximadamente de la misma longitud. De acuerdo con ello, el
elemento de accionador puede ser una estructura del mismo grosor o
similar.
Modos de realización preferidos adicionales de
la presente invención se muestran en las reivindicaciones, la
memoria descriptiva y el dibujo.
La presente invención se esclarece mediante las
realizaciones ilustrativas mostradas de manera puramente esquemática
en las figuras.
La figura 1 es un aparato de flejado que integra
una herramienta de soldadura por fricción de la invención,
la figura 2 es una representación altamente
esquemática de parte de una herramienta de soldadura por fricción
de la invención,
la figura 3 es una herramienta de soldadura por
fricción de la invención, y
la figura 4 es un mecanismo de palanca de la
herramienta de soldadura por fricción de la figura 3 accionado por
el movimiento rotacional de un elemento aproximadamente poligonal de
accionador.
El aparato 1 de flejado, operado de manera
exclusivamente manual, de la invención mostrado en la figura 1
comprende una placa 2 de base cuyo lado inferior está diseñado para
estar configurado en un artículo que se va a empaquetar. Todas las
unidades de operación del aparato 1 de flejado están montadas en la
placa 2 de base. Los diversos diseños de las unidades de
funcionamiento individuales de tal aparato de flejado son conocidas
en sus muchas formas en el estado de la técnica. De acuerdo con
ello, tras una corta discusión del diseño básico de dicho aparato,
la siguiente descripción se referirá sólo a la herramienta de
soldadura.
Al usar el aparato 1 de flejado, un bucle no
mostrado en mayor detalle en la figura 1, de un fleje de plástico
(hecho por ejemplo de polipropileno [PP] o de
(poli)etilen-tereftalato [PET]), depositado
previamente sobre el artículo que se va a empaquetar, se puede
tensar mediante el tensor 3 de dicho aparato. El tensor comprende
un tambor 4 que contiene el fleje que se va a tensar. De esta
manera, el bucle se puede tensar suficientemente para un buen
flejado.
Seguidamente, el bucle de fleje se fijará
mediante una pinza 5 del aparato de flejado a este aparato. Para
este propósito, la pinza comprende dos mandíbulas 6, 7 de fleje.
Después de ello, se puede llevar a cabo una soldadura, en un lugar
de dicho bucle en el que están superpuestas dos capas de fleje, por
medio de la herramienta 8 de soldadura de fricción del aparato de
flejado. De esta manera, el bucle de fleje se puede cerrar sobre sí
mismo permanentemente. Para este propósito, la herramienta 8 de
soldadura por fricción está dotada de una zapata 9 de soldadura
que, aplicando presión al fleje y llevando a cabo un movimiento de
oscilación simultáneamente, derrite superficialmente las dos capas
superpuestas de fleje una sobre otra. Los segmentos plastificados o
superficialmente derretidos fluyen uno dentro de otro de manera que,
tras el enfriamiento del fleje, se ha establecido una conexión
entre las dos capas de fleje.
En la medida que se requiera, el bucle de fleje
se puede seccionar de un rollo de fleje mediante una cuchilla 10
del aparato 1 de flejado.
El tensor 3, la pinza 5, la herramienta 8 de
soldadura por fricción y la cuchilla 10 se actúan mediante elementos
de actuación propulsados manualmente del aparato de flejado. El
aparato de flejado de la figura 1 no recibe potencia externa
adicional tal como electricidad por ejemplo. Sin embargo, tal podría
ser el caso para otros aparatos de flejado de la invención
(omitido). En el modo de realización mostrado, dichos elementos de
actuación incluyen al menos una palanca manual 15 giratoria
alrededor de un eje 14 de pivote que, por medio de elementos de
rueda libre y/o conexiones omitidos, pueden actuar sobre las
diversas unidades de funcionamiento.
En la unidad de soldadura de la invención, la
palanca manual 15 se puede actuar varias veces para mover la zapata
9 de soldadura hasta que se completa la soldadura. El movimiento
pivotante de la palanca manual 9 en este proceso se transmite de
una manera no mostrada en detalle a un engranaje satélite 16 (figura
3). El engranaje satélite 16 convierte el movimiento del árbol de
la palanca manual 15. El movimiento de accionador así convertido
girará entonces un árbol motor 18 de engranaje satélite. Un elemento
aproximadamente poligonal 20 de accionador como se muestra en la
figura 2, cuyo movimiento rotacional se transmite mediante un
mecanismo adicional 21 a la zapata de soldadura, está montado en
dicho árbol motor. Este mecanismo 21 se muestra de una manera
altamente esquemática en la figura 2 mediante un rectángulo, y en
principio puede estar diseñado de muchísimas formas.
Una realización aplicable de dicho mecanismo se
muestra en las figuras 3 y 4. Como se puede inferir de estas
figuras, el elemento aproximadamente poligonal 20 de accionador está
situado entre dos elementos de contacto diseñados como rodamientos
radialmente cilíndricos 22, 23 (en lo sucesivo, rodamientos). Los
dos rodamientos 22, 23 reposan con un descentramiento mutuo de
aproximadamente 180º contra una superficie periférica 24 del
elemento aproximadamente poligonal 20 de accionador. Dichos
rodamientos están configurados de una manera en la que sus ejes de
rotación discurren paralelos al eje de rotación 18a del elemento
aproximadamente poligonal de accionador. Los tres ejes de rotación
intersecan una trayectoria recta 25 de desplazamiento a lo largo de
la cual se pueden trasladar los rodamientos 22, 23. Los rodamientos
22, 23 están montados por sus anillos interiores en unos pernos 27,
28 respectivamente, reposando los dos pernos en una ménsula 29 de
guía con forma de horquilla. Tanto los rodamientos 22, 23 como el
elemento 20 de accionador están situados dentro de la horquilla
subtendida por la ménsula de guía.
Las traslaciones de los rodamientos 22, 23 están
determinadas por una geometría dada de la superficie periférica 24
del elemento aproximadamente poligonal 20 de accionador,
concretamente dicho elemento de accionador comprende tres zonas
30a, 30b, 30c en su superficie periférica que están más alejadas de
su eje de rotación. Estas tres zonas están separadas entre sí 120º.
Una zona 31a, 31b, 31c de la superficie periférica 24 está situada
en cada caso entre dos de esas zonas 30a, 30b, 30c a distancias
radiales comparativamente más cortas desde el eje de rotación 18a
del elemento de accionador. Las zonas 31a, 31b, 31c situadas a
distancias radiales inferiores también son equidistantes
aproximadamente a 120º.
Los lugares de contacto entre un rodamiento
particular y el elemento de accionador pueden elevarse con relación
a la trayectoria de traslación y se pueden situar sobre la
trayectoria 25 de desplazamiento, así como por encima o por debajo.
De esta manera, se puede conseguir un contacto tangencial en el
lugar de contacto particular, esto es, un lugar de contacto en el
que existe una tangente común para ambos elementos asociados de
contacto. Esta premisa debe afectar a la forma de las zonas
individuales del elemento aproximadamente poligonal de
accionador.
La ménsula 29 de guía con forma de horquilla
está articulada por su extremo izquierdo, según se ve en la figura
3, por medio de una palanca 33 de conexión, soportada de manera
giratoria, a una palanca superior 34. Una palanca 35 de zapata de
soldadura está articulada al extremo derecho de la ménsula 29 de
guía y también por su extremo superior a la palanca superior 34. La
palanca superior 34 reposa sobre la placa 2 de base en el lugar 36
de articulación de la palanca 33 de conexión de una manera no
mostrada en mayor detalle en la figura 3.
La zapata 9 de soldadura está articulada a
manera de remate al extremo inferior de la palanca 35 de zapata de
soldadura. La ménsula 29 de guía, la palanca 33 de conexión, la
palanca superior 34 y la palanca 35 de zapata de soldadura
constituyen un paralelogramo. Un muelle de tensión omitido, fijado
tanto a la palanca superior 34 como en la región de la placa 2 de
base, fuerza la palanca superior 34 y por consiguiente la zapata 9
de soldadura hacia la placa 2 de base.
Con el fin de llegar a una longitud óptima de
carrera de la zapata 9 de soldadura con relación a la compresión y
el ritmo de funcionamiento, ventajosamente la distancia desde el
lugar 41 de articulación de la ménsula 29 de guía en la palanca 35
de zapata de soldadura hasta el lugar de articulación en la palanca
superior debe ser 1/2 o menos de la distancia entre el lugar 41 de
articulación de la ménsula 29 de guía y el lugar 43 de articulación
de la zapata 9 de soldadura. De esta manera, el lugar 41 de
articulación de la ménsula 29 de guía divide la palanca 35 de
zapata de soldadura en segmentos que son de 1/3 a 2/3 de la longitud
de la palanca.
Debido a la topografía de la superficie
periférica 24 y el reposo sustancialmente sin juego de los
rodamientos 22, 23 contra dicha superficie periférica, los dos
rodamientos 22, 23 que reposan ambos en la ménsula 29 de guía en
forma de horquilla llevan a cabo de manera sincrónica y conjunta
tres carreras dobles completas (a lo largo de la flecha 44 de dos
puntas) de longitudes idénticas a lo largo de la trayectoria 25 de
desplazamiento de traslación durante una revolución del elemento 20
de accionador.
Las traslaciones de los rodamientos 22, 23 se
transmiten mediante sus pernos 27, 28 de soporte a la ménsula 29 de
guía. El lugar 41 que articula la palanca 35 de zapata de soldadura
a la ménsula 29 de guía conlleva entonces un movimiento de bamboleo
de la palanca 35 de zapata de soldadura cuyo movimiento está además
determinado por la articulación de la palanca 35 de zapata de
soldadura a la palanca superior 34. A su vez, el movimiento de la
palanca superior 34 está determinado por la articulación de la
ménsula 29 de guía por mediación de la palanca 33 de conexión a la
apalanca superior 34 y también por el soporte de remate de la
palanca superior alrededor del eje del lugar 36 de articulación. Lo
que es más, el movimiento de dicha palanca 34 está afectado por la
fuerza ejercida sobre ella por el muelle de tensión omitido.
El movimiento rotatorio del elemento 20 de
accionador se transmite de esta manera por medio de la carrera de
traslación de los rodamientos 22, 23 al mecanismo de palanca más
allá del elemento de accionador, dando como resultado un movimiento
puro de traslación, de vaivén, de la zapata 9 de soldadura sobre un
fleje de plástico configurado debajo de ella.
En comparación con los accionadores de biela ya
conocidos, la realización mostrada anteriormente del elemento de
accionador permite llevar a cabo, de diferente manera que los
diseños convencionales, no una carrera doble sino, en su lugar, un
total de tres carreras dobles de la zapata de soldadura en la
dirección de la flecha 11 de dos puntas durante cada rotación del
árbol del accionador. Suponiendo que el árbol 18 del elemento de
accionador corre a la misma velocidad angular que en diseños
conocidos, entonces la invención ofrece una triplicación del ritmo
al que se mueve con movimiento de vaivén la zapata de soldadura.
Esta característica aumenta considerablemente la eficiencia de la
herramienta de soldadura de la invención en comparación con
herramientas de soldadura convencionales usadas en aparatos de
flejado.
Claims (15)
1. Una herramienta de soldadura por fricción
para un aparato de flejado, estando dicha herramienta dotada de un
accionador cuyo movimiento de salida es convertible por una unidad
de engranaje en un movimiento oscilatorio de una zapata de
soldadura, caracterizada por un elemento aproximadamente
poligonal (20) de accionador que está configurado, según se ve en
la dirección de transmisión del movimiento de accionador, entre el
accionador y la zapata (9) de soldadura y que está dotado de una
superficie periférica (24) que comprende al menos tres zonas (30a,
30b, 30c) que están configuradas alrededor de un eje de rotación
(18a) y que están a una distancia mayor al eje de rotación (18a)
que otras zonas (31a, 31b, 31c) de dicha superficie periférica
(24).
2. Herramienta de soldadura por fricción según
la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento (20)
de accionador comprende un número impar de zonas (30a, 30b, 30c) que
están a una distancia mayor desde el eje de rotación (18a).
3. Herramienta de soldadura por fricción según
una o las dos reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque al menos un elemento de contacto reposa contra el elemento
(20) de accionador, llevando a cabo dicho elemento de contacto
mismo un movimiento causado por el movimiento rotatorio del elemento
(20) de accionador.
4. Herramienta de soldadura por fricción según
la reivindicación 3, caracterizada porque el elemento de
contacto está conectado operativamente a un mecanismo accionado por
los elementos de contacto, siendo transmisible por ello un
movimiento de vaivén de traslación desde el mecanismo hasta la
zapata (9) de soldadura.
5. Herramienta de soldadura por fricción según
la reivindicación 4, caracterizada porque el mecanismo es un
mecanismo de palanca.
6. Herramienta de soldadura por fricción según
la reivindicación 5, caracterizada porque el mecanismo
conforme de palanca comprende articulaciones de palanca de
paralelogramo.
7. Herramienta de soldadura por fricción según
la reivindicación 6, caracterizada porque un mínimo de un
elemento de contacto está montado en una ménsula (29) de guía que es
parte del sistema de articulación de paralelogramo.
8. Herramienta de soldadura por fricción según
al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque el elemento (20) de accionador está
configurado entre dos elementos de contacto, cada uno de los cuales
está en contacto con la superficie periférica (24) del elemento (20)
de accionador.
9. Herramienta de soldadura por fricción según
la reivindicación 8, caracterizada porque los dos elementos
de contacto preferiblemente son movidos siempre sincrónicamente por
el elemento (20) de accionador.
10. Herramienta de soldadura por fricción según
al menos una de las reivindicaciones anteriores 8 y 9,
caracterizada porque la distancia entre los dos elementos de
contacto es sustancialmente constante durante una rotación del
elemento (20) de accionador.
11. Herramienta de soldadura por fricción según
al menos una de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizada
porque al menos un elemento de contacto es desplazable a lo largo de
una trayectoria recta (25) de desplazamiento.
12. Herramienta de soldadura por fricción según
la reivindicación 11, caracterizada porque un mínimo de un
elemento de contacto es desplazable a lo largo de una trayectoria de
traslación.
13. Herramienta de soldadura por fricción según
al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque una zona de mayor distancia desde el
eje de rotación siempre está diametralmente en oposición a una zona
de menor distancia desde dicho eje de rotación.
14. Herramienta de soldadura por fricción según
al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque un movimiento de accionador para la
zapata de soldadura se puede generar manualmente.
15. Aparato de flejado, en particular un aparato
portátil de flejado, para flejar un artículo que se va a empaquetar
con un fleje de plástico, que comprende:
- un tensor para aplicar suficiente tensión a un
bucle de fleje,
- una pinza que permite pinzar el fleje tensado,
y
- una herramienta de soldadura por fricción para
generar una conexión de suelda en dos capas de fleje que se solapan
mutuamente;
caracterizado por una herramienta de
soldadura por fricción según al menos una de las reivindicaciones
anteriores 1 a 14.
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