ES2948639T3

ES2948639T3 - Dispositivo de sujeción y método para sujetar una pieza

Info

Publication number: ES2948639T3
Application number: ES18725858T
Authority: ES
Inventors: Ralf Dupont
Original assignee: Levicron GmbH
Current assignee: Levicron GmbH
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2038-05-24
Also published as: KR20240054973A; JP2020521647A; WO2018215636A1; EP3655187B1; EP3655187A1; CN110944782A; JP2024045437A; CN114042949A; KR20200011452A; CN110944782B; US11400522B2; US20200086399A1

Abstract

Para tirar axialmente de la pieza a sujetar (2) al interior del hueco de sujeción (3) mediante un movimiento radial hacia afuera del collar (10) o una sección del collar (10) y - un perno de operación (13) que incluye un cono externo sección (131, 132) para efectuar el movimiento radial hacia afuera del collar (10), en donde la conexión entre el perno de operación (13) y el collar (10) está autobloqueada y precargada después de un movimiento de sujeción de la operación perno (13) en dirección axial que bloquea y precarga, - el cono externo del perno de operación (13) y - el collar (10) o una parte entre el collar (10) y el perno de operación (13) con cada uno otro. Además, la invención se refiere a un método para sujetar una pieza (2) en un rebaje de sujeción (3). 132) para efectuar el movimiento radial hacia afuera del collar (10), en donde la conexión entre el perno de operación (13) y el collar (10) se autobloquea y se precarga después de un movimiento de sujeción del perno de operación (13). en dirección axial que bloquea y precarga, - el cono externo del perno de operación (13) y - el collar (10) o una parte entre el collar (10) y el perno de operación (13) entre sí. Además, la invención se refiere a un método para sujetar una pieza (2) en un rebaje de sujeción (3). 132) para efectuar el movimiento radial hacia afuera del collar (10), en donde la conexión entre el perno de operación (13) y el collar (10) se autobloquea y se precarga después de un movimiento de sujeción del perno de operación (13). en dirección axial que bloquea y precarga, - el cono externo del perno de operación (13) y - el collar (10) o una parte entre el collar (10) y el perno de operación (13) entre sí. Además, la invención se refiere a un método para sujetar una pieza (2) en un rebaje de sujeción (3). - el cono externo del perno de operación (13) y - el collar (10) o una parte entre el collar (10) y el perno de operación (13) entre sí. Además, la invención se refiere a un método para sujetar una pieza (2) en un rebaje de sujeción (3). - el cono externo del perno de operación (13) y - el collar (10) o una parte entre el collar (10) y el perno de operación (13) entre sí. Además, la invención se refiere a un método para sujetar una pieza (2) en un rebaje de sujeción (3). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de sujeción y método para sujetar una pieza

Esta invención se refiere a un dispositivo de sujeción según el preámbulo de la reivindicación 1, para unir firmemente una pieza que vaya a fijarse a una parte principal, en donde la pieza ha de sujetarse en una cavidad de sujeción de la parte principal que comprende al menos una parte de un dispositivo de sujeción. El dispositivo de sujeción comprende un mandril con un primer saliente externo para acoplarse a una cavidad interna en una zona periférica interior de la pieza que va a sujetarse, y con un segundo saliente externo para el acoplamiento a una cavidad interna de la parte principal. Al menos uno del primer saliente externo y/o del segundo saliente externo comprende un primer cono externo y/o un segundo cono externo, respectivamente, para tirar de la pieza a sujetar en la cavidad de sujeción mediante un movimiento radial hacia fuera del mandril. El dispositivo de sujeción comprende, además, un espárrago de funcionamiento que incluye al menos una sección cónica externa para efectuar el movimiento radial hacia fuera del mandril. Una realización se refiere a un husillo con un dispositivo de sujeción. La invención se refiere, además, a un método de sujeción de una pieza que vaya a sujetarse según el preámbulo de la reivindicación 15.

Del documento DE 19618610 A1 se conoce un aparato de sujeción según el preámbulo de la reivindicación 1.

Una pieza que vaya a sujetarse es una pieza que es separable del dispositivo de sujeción. Se sujetará cuando se accione el dispositivo de sujeción. La pieza sujeta se une entonces a la parte principal. La pieza a sujetar puede comprender varias piezas que están interconectadas entre sí.

Puede disponerse dentro de un eje una cavidad de sujeción en la que esté dispuesto el dispositivo de sujeción. La parte principal puede ser un eje para giro o posicionamiento, o una parte no giratoria que lleve el dispositivo de sujeción. También puede fijarse un eje con algún fin. En esta solicitud de patente, un husillo es un dispositivo con un sistema de cojinetes que lleva un eje, y en este eje puede sujetarse una pieza a sujetar, que luego puede situarse y moverse a lo largo del eje. El dispositivo de sujeción sostiene la pieza a sujetar para fijarla y posicionarla y, en su caso, de centrarla y/o alinearla.

La Figura 1A muestra una primera variación del estado de la técnica de un mecanismo 100 de sujeción cónico de eje hueco, comercializado por la empresa alemana OTT-JAKOB Spanntechnik GmbH, de Lengenwang, Alemania. La pieza 2 a sujetar es un portaherramientas 20. Dibujada con líneas de trazos y dobles puntos, se muestra una sección transversal de un eje 38 con una cavidad 3 de sujeción y de una pieza 2 a sujetar en el eje. La cavidad de sujeción comprende una parte de un orificio axial en el eje 38. Esta primera variación comprende una unidad 4 de generación de fuerza de sujeción. Incluye, por ejemplo, un único resorte, o múltiples resortes, o un paquete 41 de resortes de disco, que precarga(n) una barra 12 de funcionamiento que guía una fuerza de tracción a un dispositivo 1 de sujeción. En el eje 38 se genera una contrafuerza de compresión opuesta a la precarga. Estas fuerzas se aplican al dispositivo 1 de sujeción, siempre que se sujete la pieza 2 a sujetar. Para liberar una pieza sujeta, la barra de funcionamiento se mueve en una dirección hacia el dispositivo de sujeción, lo que al mismo tiempo aumenta la precarga generada por la unidad 4 de generación de fuerza. Por lo tanto, se requiere una gran carga para liberar una pieza sujeta 2, que también afecta al sistema de cojinetes que lleva el eje.

La barra 12 de funcionamiento tiene un orificio axial 121 a través del cual puede guiarse aire, y/o fluido de limpieza, a través del mecanismo de sujeción a la pieza 2 a sujetar.

La Figura 1B muestra con más detalle el dispositivo 1A de sujeción de la Figura 1. En la acción de sujeción, se aplica una precarga de la unidad 4 de generación de fuerza al dispositivo 1 de sujeción mediante la barra 12 de funcionamiento, que está conectada a un espárrago 13 de funcionamiento. El espárrago 13 de funcionamiento toca un mandril 10 que comprende al menos un segmento 11 de mandril, que está dispuesto por encima del perímetro exterior del espárrago 13 de funcionamiento. El espárrago 13 de funcionamiento comprende, además, una primera sección cónica externa 131 en una sección intermedia del espárrago 13 de funcionamiento, que se encaja con una sección cónica interna 101 de los segmentos 11 de mandril. El espárrago 13 de funcionamiento comprende, además, una segunda sección cónica externa 132 en el extremo del espárrago 13 de funcionamiento, que se encaja con otra sección cónica interna 102 de los segmentos 11 de mandril. Siempre que la barra 12 de funcionamiento -y, con ella, el espárrago 13 de funcionamiento- se mueva axialmente a la derecha en la Figura 1B, las secciones cónicas externas 131, 132 del espárrago de funcionamiento moverán radialmente hacia fuera los segmentos 11 de mandril. Para que los segmentos 11 de mandril no se muevan en la dirección de la línea central 33 del eje 38, los segmentos 11 de mandril se soportan por un casquillo 15 que transmite cualquier empuje axial a través de un anillo 16 de transmisión de fuerza a una cara axial 371 dentro del eje 38.

El principio básico de un mecanismo 100, 200 de sujeción de eje hueco es agarrar, sujetar y precargar una pieza 2 a sujetar contra una cara axial 32 del eje 38 por los segmentos 11 de mandril. La sección 21 de inserción tiene un cono externo 24 que tiene un ajuste por interferencia en el cono interno 34 del eje 38 cuando la sección 21 de inserción está completamente insertada en el eje 38, para que la cara axial 22 de la pieza a sujetar toque la cara axial 32 del eje. Esto quiere decir que la pieza sujeta 2 y/o el eje 38 deben deformarse elásticamente para que se toquen las caras axiales 22 y 32. Esto da lugar a una excelente alineación de la pieza 2 a sujetar y el eje 38, así como a una repetibilidad excepcional en dirección radial y en dirección axial, incluso a tolerancias de forma más grandes de la pieza 2 a sujetar. Para lograr la sujeción axial como se ha descrito, los segmentos 11 de mandril tienen que deslizarse hacia fuera sobre la cara cónica de la cavidad 36 del eje 38. La cavidad 25 tiene preferiblemente una forma según la norma alemana DIN 69893. Para expulsar la sección 21 de inserción del eje 38, la barra 12 de funcionamiento puede moverse a la izquierda en la Figura 1B hasta que la cara 136 de expulsión axial del espárrago 13 de funcionamiento que está conectado al extremo de la barra 12 de funcionamiento empuje la sección 21 de inserción fuera del ajuste a presión entre el cono interno 34 y el cono externo 24 de la pieza 2. Para expulsar la pieza 2 a sujetar, un mecanismo externo tiene que vencer la precarga del paquete 41 de resortes de disco en la dirección axial del eje y la precarga de la conexión cónica entre el cono interno 34 del eje 38 y el cono externo 24 de la pieza 2 a sujetar, así como cualquier pérdida por fricción. Esta carga de expulsión se transmite, entonces, a través de la barra 12 de funcionamiento al interior del espárrago 13 de funcionamiento.

Los segmentos 11 de mandril pueden moverse radialmente hacia fuera con un desplazamiento axial de la barra 12 de funcionamiento, para tirar del cono externo 24 de la sección 21 de inserción, hacia el cono interno 34 del eje 38 y hacia su ajuste por interferencia. Para ello, cada segmento 11 de mandril comprende un saliente externo 103 con un cono externo 1031 que se desliza radialmente al interior de una cavidad cónica 25 que hay dentro de la sección de inserción 21 de la pieza sujeta 2, y otra sección cónica 104 que se desliza radialmente fuera sobre una sección cónica 361 dentro del eje. Un movimiento axial del espárrago 13 genera, por tanto, un movimiento radial de los segmentos 11 de mandril. A través de la sección cónica interna 25 dentro de la pieza sujeta 2 y del cono interno 36 dentro del eje, se genera una carga axial entre la pieza sujeta 2 y el eje 38. Esto fuerza el ajuste por interferencia cónico entre los conos 34, 24 del eje 38 y la pieza sujeta 2, para que ajuste más estrechamente hasta que la cara axial 22 de la pieza sujeta 2 toque la cara axial 32 del eje 38.

La barra 12 de funcionamiento, así como la unidad 4 de generación de fuerza de sujeción, giran junto con el eje 38 del husillo. El inconveniente de esta circunstancia es que se requiere una barra 12 de funcionamiento giratoria larga y delgada, propensa a romperse y a provocar desequilibrios considerables e irregulares.

En la Figura 2 se muestra otro sistema 200 de sujeción por cono de eje hueco del estado de la técnica. Algunas de sus características son similares a las requeridas para hacer funcionar el sistema 100 de sujeción que se muestra en las Figuras 1A y 1B, y se marcan con los mismos símbolos de referencia. La empresa Rohm GmbH, de Sontheim, Alemania, sustituyó la unidad de generación de precarga por resorte con el paquete 41 de resortes de disco de la Figura 1A, y la varilla 12 de funcionamiento de la Figura 1A por una unidad 5 de bloqueo que está unida a un espárrago 13 que corresponde al sistema del estado de la técnica descrito en la Figura 1B. Como en la Figura 1B, un movimiento axial del espárrago 13 a la derecha y al eje 38 provoca un movimiento radial de un mandril 10 segmentado que tira de la pieza 2 a sujetar, a un ajuste por interferencia cónico entre los conos 34 y 24 hasta que la cara axial 22 de la pieza toque la cara axial 32 del eje. Cuando el espárrago 13 y el mandril segmentado 10 son componentes estándar que también funcionan con mecanismos de precarga por resorte, como los descritos en la Figura 1 A, la unidad 5 de bloqueo permite transferir una carga al espárrago 13, así como bloquear este estado sujetando un tubo 51 dividido de doble cono entre otros dos conos 521 y 171. El tubo 51 dividido de doble cono se une al espárrago 13, de forma que el espárrago no pueda moverse más en la dirección axial después de la sujeción, y se mantenga precargado en la dirección de sujeción. El tubo 51 dividido de doble cono comprende una sección cónica interna 511 y una sección cónica externa 512. Dentro de este tubo 51 dividido de doble cono hay una barra 17 de bloqueo y liberación que comprende una sección cónica exterior 171 que, de nuevo, encaja con la sección cónica interior 511 del tubo 51 dividido de doble cono. La barra 17 de bloqueo y liberación puede desplazarse axialmente dentro del tubo 51 dividido de doble cono. Un casquillo cónico 52 está montado en el eje 38 y rodea una sección cónica exterior 512 del tubo 51 dividido de doble cono. Siempre que la barra 17 de bloqueo y liberación se mueve axialmente a la derecha en la Figura 2 y al eje 38, su región cónica exterior 171 toca la sección cónica interior 511 del tubo 51 dividido de doble cono, que está unido al espárrago 13 a través de una varilla 12 de funcionamiento corta. Una carga axial definida sobre la barra 17 de bloqueo y liberación a la derecha en la Figura 2, mueve axialmente el espárrago 13 y, por tanto, mueve radialmente hacia afuera los segmentos 11 de mandril que sujetan la pieza 2.

Después de llevar la sección 21 de inserción hueca de la pieza 2 a sujetar a un ajuste por interferencia cónico entre los conos 24 y 34, la barra 17 de bloqueo y liberación ensancha ahora adicionalmente el tubo 51 dividido de doble cono. El tubo 51 dividido de doble cono se autobloquea ahora a través de su sección cónica exterior 512 y de la sección cónica interior 521 del casquillo 52. La unidad 5 de bloqueo ha precargado y bloqueado ahora la sujeción de la pieza 2. La unidad 5 de bloqueo que está conectada al espárrago 13 de funcionamiento sustituye, por tanto, a la unidad 4 de generación de fuerza de sujeción por resorte descrita con respecto a las Figuras 1A y 1B.

Para expulsar la pieza sujeta 2, hay que mover la barra 17 de bloqueo y liberación axialmente, a la izquierda en la Figura 2, hasta que su cara extrema axial 173 golpee la cara axial interna 513 del tubo 51 dividido de doble cono. Para ello, la carga axial sobre la barra 17 de bloqueo y liberación tiene que vencer la precarga del ajuste por interferencia cónico de los conos del tubo 51 dividido de doble cono. Después de tocar la cara axial interna 513 del tubo 51 dividido de doble cono, la barra 17 de bloqueo y liberación se mueve ahora hacia adelante, y empuja axialmente el espárrago 13 conectado, hasta que la cara extrema axial 136 del espárrago 13 golpee la cara axial interna 26 de la pieza sujeta 2. La carga axial sobre la barra 17 de bloqueo y liberación tiene ahora que superar la precarga axial del ajuste por inferencia cónico entre el cono 24 de la pieza 2 y el cono 34 del eje 38, para expulsar la pieza 2 sujeta.

A diferencia del mecanismo 100 de sujeción de eje hueco mostrado en las Figuras 1A y 1B, la unidad 4 de generación de fuerza de sujeción del mecanismo 200 de sujeción de eje hueco que se muestra en la Figura 2 es autobloqueante. Puede accionarse externamente mediante la barra 17 de bloqueo y liberación. Cuando se tira de la barra 17 de bloqueo y liberación, alejándola de la sección 21 de inserción, el mandril 10 sujeta entonces la pieza 2 del modo descrito para el mecanismo 100 en las Figuras 1A y 1B. Cuando el mandril 10 presiona la pieza 2 a sujetar hacia la cara de conexión axial 32 del eje 38, y la pieza 2 a sujetar ha llegado a su posición final, no es posible ningún movimiento adicional del espárrago 13 de funcionamiento para la fuerza aplicada a través de la barra 17 de bloqueo y liberación. La distancia a lo largo de la cual puede moverse el espárrago 13 de funcionamiento depende de la geometría del espárrago 13 de funcionamiento, de los segmentos 11 de mandril, de la cavidad interna 36 del eje 38, y de la sección cónica interna 25 de la pieza 2 a sujetar, y de la fuerza aplicada a través de la barra 17 de bloqueo y liberación. Como los conos de estas partes se inclinan con el movimiento de las partes implicadas durante la sujeción, el movimiento del espárrago 13 de funcionamiento está limitado por la geometría y la fuerza de sujeción aplicada a través de la barra 17 de bloqueo y liberación. Esta fuerza de sujeción solo es responsable de un movimiento axial, debido a la deformación elástica de las partes implicadas, que también genera la precarga. Por lo tanto, cuando se tira de la barra 17 de bloqueo y liberación a la derecha en la Figura 2, más allá de lo que permiten las geometrías reales, se consigue una precarga autobloqueada similar a la de la unidad 4 de generación de fuerza de sujeción, en el mecanismo 100 de sujeción del estado de la técnica. La barra 17 de bloqueo y liberación se sujeta, entonces, al eje 38 de husillo. En este estado, la barra 12 de funcionamiento transmite permanentemente fuerzas de tracción de la unidad 5 de bloqueo al dispositivo 1 de sujeción, para sujetar la pieza 2.

Aunque esta solución no requiere una precarga por resorte interna del eje, para sujetar una pieza, presenta inconvenientes considerables. La combinación en serie de cuatro conexiones de conos angulados poco profundos 171,511,512, 521 requiere tolerancias de fabricación muy estrechas de los componentes 17, 51 y 52. El ajuste axial de la barra 17 de empujar y tirar, y su desplazamiento, son excepcionalmente sensibles a la tolerancia y requieren diversos mecanismos de ajuste. Además, cuando se expulsa la pieza 2, el comportamiento de la conexión cónica entre la barra 17 de bloqueo y liberación, el tubo 51 dividido de doble cono y el casquillo cónico interior 52, no está físicamente determinado. Donde esté previsto que la conexión cónica entre la barra 17 de bloqueo y liberación, y el tubo 51 dividido de doble cono, tenga que desbloquearse primero para que la barra 17 de bloqueo y liberación pueda moverse axialmente hacia la izquierda, puede suceder que la carga aplicada haga que la conexión cónica entre el tubo 51 dividido de doble cono y el casquillo cónico interior 52, se cierre. Esto hace que de nuevo la función de autobloqueo incremente su función de bloqueo, en vez de liberarla. Este comportamiento se observó varias veces durante las pruebas, y la pieza sujeta 2 ya no pudo expulsarse más. Además, el gran número de partes requeridas por el dispositivo 1 de sujeción, que contiene el espárrago 13 de funcionamiento, el mandril 10 segmentado y la unidad 5 de bloqueo, así como su comportamiento axial no concluyente, causan graves problemas con respecto al equilibrio y la dinámica del eje, durante la rotación del eje. La combinación en serie de cuatro conexiones cónicas entre los componentes 17, 51 y 52 hace que la unidad combinada de sujeción y bloqueo sea muy sensible a efectos tribológicos. Siempre que la unidad 5 de bloqueo se bloquee, o falle el revestimiento de una parte implicada, la unidad 5 de bloqueo bloquea, incluso si se supone que la parte 2 debería expulsarse. Esto ha ocasionado graves problemas sobre el terreno, donde la vida útil de este sistema está limitado a menos de 500.000 ciclos de sujeción y expulsión.

Un grave inconveniente del mecanismo 200 de sujeción es el complejo diseño, que conlleva muchos componentes individuales, lo que de nuevo da lugar a una fabricación muy costosa y a un mal comportamiento en lo referente al equilibrado y a la consistencia dinámica. Además, la combinación en serie de cuatro conexiones de cono anguladas y poco profundas, a lo largo de una gran distancia axial, causa graves problemas con respecto a las fuerzas internas y, por tanto, respecto a la duración del ciclo de vida, a la consistencia con el tiempo, y al desgaste prematuro.

US-9.964.429 B2 describe un mecanismo de sujeción con un espárrago de funcionamiento y un mandril. El espárrago de funcionamiento comprende dos conos externos que están adaptados para forzar el mandril radialmente hacia fuera para acoplarse a una pieza a sujetar, cuando el espárrago de funcionamiento se mueva en su dirección axial alejada de la pieza sujeta. Para mejorar las fuerzas de sujeción radiales, se propone que una región 17 de uno de los conos tenga un ángulo pequeño de 4°. Se propone que la misma región del otro cono sea cilíndrica. El espárrago de funcionamiento está conectado a un pistón para un funcionamiento de liberación. Para generar una fuerza de sujeción sobre el espárrago de funcionamiento en su dirección axial, pueden disponerse resortes helicoidales entre el pistón y el cuerpo del mecanismo de sujeción.

DE 196 18610 A1 también describe un mecanismo de sujeción con un espárrago de funcionamiento y un mandril. El espárrago de funcionamiento comprende un cono externo que está adaptado para forzar el mandril radialmente hacia fuera para acoplarse a una pieza a sujetar, cuando el espárrago de funcionamiento se mueva en su dirección axial y lejos de la pieza sujeta. Se propone utilizar un mecanismo de bloqueo para bloquear el espárrago de funcionamiento en la posición sujeta, para mantener una fuerza de sujeción sobre el espárrago de funcionamiento en su dirección axial.

El objeto de la invención es superar las desventajas que entrañan las soluciones del estado de la técnica, especialmente 100 y 200, como se mencionó anteriormente, con respecto al número de partes implicadas, la complejidad, el desgaste, la fiabilidad, el desequilibrio y el comportamiento dinámico, y proporcionar un mecanismo de sujeción más sencillo que pueda funcionar de forma fiable y con mejor precisión.

Este objeto se resuelve mediante las características de las reivindicaciones de patente independientes. Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones ventajosas de la invención.

El objeto de la invención es un dispositivo de sujeción para sostener una pieza a sujetar en una cavidad de sujeción en donde el mandril es autobloqueable al fijar reversiblemente

- el cono externo del espárrago de funcionamiento, y

- el mandril, o una pieza entre el mandril y el espárrago de funcionamiento, entre sí. La fijación sostiene el espárrago de funcionamiento y el mandril en su posición relativa. Aunque las fuerzas que podrían intentar liberar esta conexión pueden ser eficaces en la dirección de un movimiento relativo de liberación del mandril y el espárrago de funcionamiento, las fuerzas de fricción de autobloqueo son más grandes en esta dirección, de forma que la conexión no se libera. Hay varias formas de realizar esto, en este preciso momento, en la construcción de un dispositivo de sujeción.

Con la solución de esta invención, puede evitarse utilizar cualquier unidad de generación de precarga que pueda encontrarse en el mecanismo 100 del estado de la técnica. Además, no se requiere una unidad de bloqueo dedicada que proporcione permanentemente toda la fuerza de sujeción axial a través de una varilla de funcionamiento específica, permanentemente precargada, unida al mandril. El contacto directo entre el espárrago de funcionamiento y el mandril a través de al menos una conexión cónica de una forma específica, evita tener que transferir cualquier precarga a lo largo de un número considerable de partes en la dirección axial del eje. En un estado sujeto, la fuerza de sujeción, preferiblemente, solo se transmite a través del espárrago de funcionamiento al mandril. El espárrago de funcionamiento y el mandril están situados ambos dentro del eje que forma la periferia interna de la cavidad de sujeción. De forma similar a las soluciones 100 y 200 del estado de la técnica, un movimiento axial del espárrago de funcionamiento puede provocar un movimiento radial del o de los segmentos de mandril que puedan deslizarse radialmente hacia fuera sobre una cavidad cónica de la pieza a sujetar en un extremo. En el otro extremo, el o los segmentos del mandril pueden deslizarse radialmente hacia fuera sobre otra cavidad cónica en el contorno interior del eje. La cavidad cónica en el eje y un movimiento radial del mandril en esta cavidad, son opcionales. Preferiblemente, el o los segmentos de mandril tienen un soporte axial dentro del eje, de modo que el o los segmentos de mandril puedan transmitir una fuerza axial entre el eje y la pieza a sujetar. El movimiento radial del o de los segmentos de mandril en las cavidades internas cónicas puede generar una fuerza axial entre la pieza a sujetar y el eje. El movimiento radial del o de los segmentos de mandril puede tirar de la pieza al cono del eje, hasta que se toquen la cara axial de la pieza a sujetar y la cara axial del eje. Durante la acción de sujeción, el o los segmentos del mandril y de espárrago de funcionamiento pueden deformarse elásticamente en la dirección de la carga que actúa sobre ellos. Estas partes pueden, por tanto, almacenar energía y precargar la conexión. Las caras que se tocan entre el espárrago de funcionamiento y el o los segmentos de mandril, tienen una forma tal que son autobloqueantes. Junto con la energía elástica que se almacena durante la sujeción, el sistema puede precargarse y autobloquearse después de la sujeción. Después de la sujeción, puede liberarse la fuerza de sujeción sobre la varilla de funcionamiento.

No se requiere ninguna unidad de precarga, como en la solución del estado de la técnica 100, ni una unidad de bloqueo aguas abajo, como puede encontrarse en el sistema 200 de sujeción del estado de la técnica, que se muestra en la Figura 2. El espárrago de funcionamiento, preferiblemente, es giratorio junto con el mandril.

Una ventaja del dispositivo de sujeción según la invención, es que la operación de sujeción puede lograrse empujando o tirando directamente del espárrago de funcionamiento. Para mover el espárrago de funcionamiento no se requieren partes intermedias entre el espárrago de funcionamiento y una barra de bloqueo y liberación. Esta conexión directa permite que la barra de bloqueo y liberación tenga la misma precisión de un punto de bloqueo en donde se complete la sujeción, que en el propio espárrago de funcionamiento. No difiere debido a un tensado diferente de los resortes, como en el sistema de OTT-JAKOB, ni debido a muchas partes móviles entre la barra de bloqueo y liberación y el espárrago de funcionamiento, como en el sistema de Rohm según el estado de la técnica.

Es posible que el mandril sea autobloqueable debido a la fuerza de fricción entre el cono externo del espárrago de funcionamiento y el mandril, o una pieza entre el mandril y el espárrago de funcionamiento, como se describe más adelante. También es posible que el espárrago de funcionamiento esté fijo en la dirección del movimiento de liberación, por un ajuste de forma entre el espárrago de funcionamiento y el mandril. Para ello, pueden integrarse, por ejemplo, unos escalones, y/o muescas, en la superficie de la primera y/o segunda secciones cónicas externas del espárrago de funcionamiento y/o en la superficie correspondiente del mandril. De este modo puede generarse la función de un cono autobloqueable. Entre los escalones o muescas pueden proporcionarse secciones intersticiales cónicas, con el fin de ensanchar el mandril cuando el espárrago se deslice en su interior. En este caso, la sección cónica todavía tiene la forma general de un cono. Los escalones intermedios pueden inclinarse en el sentido contrario a la inclinación de las subsecciones intersticiales cónicas entre los escalones. A continuación, las fuerzas radiales del mandril impiden que el espárrago pueda moverse en la dirección de liberación. Otra posibilidad, es proporcionar una rosca en una sección cónica del espárrago de funcionamiento, y una contrarrosca en la superficie opuesta del mandril. El mandril puede tener segmentos en cuyo lado interno puede disponerse una parte de una rosca discontinua, respectivamente. La rosca en la sección cónica del espárrago de funcionamiento tiene, preferiblemente, un paso constante. Girando el espárrago de funcionamiento para enroscar el espárrago de funcionamiento en el mandril, el mandril puede realizar una acción de sujeción. El autobloqueo, o al menos parte del mismo, es realizado, en este caso, por la conexión roscada.

El eje puede formar parte de un husillo en donde puede girar. Puede fijarse al husillo en dirección axial mediante un cojinete axial, pero también puede flotar axialmente. El dispositivo de sujeción puede utilizarse de forma alternativa en un dispositivo que puede comprender un eje no giratorio. Un eje no giratorio puede, por ejemplo, sujetar una herramienta, una sonda de medición o una herramienta de corte, o una pieza de trabajo para un posicionamiento preciso en una máquina o un robot que, por ejemplo, pueda moverla por sus ejes. El dispositivo de sujeción puede estar dispuesto en un dispositivo de medición o en un robot.

En el contexto de esta solicitud, el término “externo” significará “dispuesto en el exterior” ; aquí, en el exterior del mandril o del espárrago de funcionamiento. Por otra parte, “ interno” significará en cualquier cara interior de una cavidad en una pieza. “Accionable externamente1' significará que el dispositivo de sujeción puede funcionar sin que haya ninguna interacción directa con el dispositivo de sujeción a través de una conexión fija, pero sí con algún medio de funcionamiento, tal como una barra de bloqueo y-liberación.

En esta solicitud de patente, espárrago de funcionamiento significará una parte separada o una sección de una parte del dispositivo de sujeción que tenga la función de un espárrago de funcionamiento como se describe en la solicitud. El espárrago de funcionamiento es, preferiblemente, una parte de una sola pieza; sin embargo, también puede comprender dos o más partes.

Un mandril puede comprender dos o más partes no conectadas. Tales partes pueden estar conectadas entre sí por otra parte que puede tener, por ejemplo, forma de anillo. Sin embargo, el mandril también puede ser una sola parte dentro de la cual son móviles unos segmentos.

El mandril puede tener también una o más partes interiores que estén dispuestas entre el espárrago de funcionamiento y el mandril, que sean móviles radialmente hacia fuera, y que sean separables del primer y/o el segundo saliente externo del mandril. Esto puede representar el movimiento axial de las protuberancias de forma más independiente de las fuerzas del movimiento axial del espárrago y de su cono externo. La(s) parte(s) interior(es) del mandril es (son) preferiblemente no móviles contra el eje en la dirección axial. De este modo, la sección cónica externa del espárrago de funcionamiento puede actuar sobre la(s) parte(s) interior(es) del mandril, para moverla(s) radialmente hacia fuera cuando el espárrago de funcionamiento se mueva en la dirección axial.

En esta solicitud de patente, un cono no solo significará un cono geométricamente exacto, sino también cualquier otra forma adecuada que tenga una dimensión que aumente en una posición de contacto entre el espárrago de funcionamiento y el mandril durante la sujeción, especialmente un diámetro creciente en un sentido contrario al movimiento de sujeción del espárrago de funcionamiento. Un cono, especialmente un cono externo de un saliente externo del mandril, también puede tener una zona cónica pequeña en comparación con su superficie opuesta, especialmente si una superficie opuesta para el cono externo también es cónica. Lo mismo sucede también con respecto a una sección cónica interna del mandril y una sección cónica externa del espárrago de funcionamiento. Puede que una parte cónica de un borde esté configurada para deslizarse sobre una superficie cónica opuesta. Un cono también puede tener escalones o muescas en su superficie periférica exterior, para que una superficie opuesta con una superficie correspondiente pueda autobloquearse sobre el cono. Un cono no tiene por qué tener necesariamente un ángulo de cono constante. También, por ejemplo, una parte adecuada de una forma esférica, un elipsoide, un ovaloide, o cualquier otra geometría con un diámetro generalmente creciente en una dirección, puede ser un cono según esta realización. Además, un cono y su contracono pueden tener longitudes axiales distintas.

En uno o en ambos salientes externos del mandril puede producirse un movimiento radial del mandril hacia el exterior. Si solo se mueve radialmente hacia fuera un saliente, se mueve preferiblemente el saliente que pueda acoplarse a la pieza a sujetar. Durante este movimiento, puede sujetarse la pieza a sujetar. El autobloqueo y la precarga de la pieza sujeta pueden liberarse de nuevo mediante un movimiento del mandril en dirección opuesta al realizado para una sujeción. La otra saliente del mandril puede permanecer en una cavidad dentro del eje durante el movimiento de la saliente, para sujetar la pieza a sujetar.

Según esta solicitud de patente, autobloqueo significa que el dispositivo de sujeción puede permanecer en un estado sujeto, sin aplicar una fuerza desde el exterior del dispositivo de sujeción al espárrago de funcionamiento, especialmente según el estado de la técnica, especialmente según Rohm.

El autobloqueo puede tener lugar mediante una fuerza de fricción entre el espárrago de funcionamiento y el mandril. La fuerza de fricción en la dirección del movimiento del espárrago de funcionamiento, puede calcularse como la fuerza normal multiplicada por el coeficiente de fricción entre las caras que se tocan. La fuerza de fricción es eficaz en al menos una zona de contacto entre el espárrago de funcionamiento y el mandril. La zona de contacto puede ahusarse tal y como se ha definido anteriormente. También existe la posibilidad de un ajuste de forma mediante escalones o muescas, o mediante una rosca, preferiblemente en un cono, que también podría combinarse con un autobloqueo por fricción. El autobloqueo por fricción puede tener lugar en la dirección del movimiento del espárrago de funcionamiento, que puede ser de traslación, o, en el caso de una función roscada, en una dirección de giro. El autobloqueo puede tener lugar en una o más áreas del espárrago de funcionamiento, que pueden generar una precarga por movimiento axial del espárrago de funcionamiento.

El espárrago de funcionamiento comprende una primera sección cónica externa del espárrago de funcionamiento, y una segunda sección cónica externa del espárrago de funcionamiento. Al menos uno de

- un primer ángulo de sujeción entre la superficie de al menos una sección de la primera sección cónica externa del espárrago de funcionamiento y una dirección de movimiento de sujeción del espárrago de funcionamiento, y

- un segundo ángulo de sujeción entre la superficie de al menos una sección de la segunda sección cónica externa del espárrago de funcionamiento y la dirección de movimiento de sujeción del espárrago de funcionamiento,

son lo suficientemente pequeños para que el espárrago de funcionamiento sea autobloqueable por fricción de las caras en contacto en sus primera y segunda secciones cónicas externas, respectivamente, y el mandril o una pieza que se encuentre entre el mandril y el espárrago de funcionamiento. Como principio fundamental en ingeniería mecánica, el autobloqueo de una conexión cónica depende del ángulo del cono y del coeficiente de fricción entre las caras de la conexión que se tocan. O, en términos más corrientes, en el caso del autobloqueo, la fuerza de fricción, que se calcula como la fuerza normal entre las caras que se tocan, multiplicada por el coeficiente de fricción, siempre es mayor que la fuerza que actúa contra la fuerza de fricción para deshacer la conexión, sin intervención de ninguna fuerza externa. Dependiendo de los materiales de los componentes de fricción, el ángulo de sujeción, que puede ser un ángulo del cono, puede variar.

Para hacer más seguro el autobloqueo, la siguiente fórmula es preferiblemente válida para el semiángulo de al menos una parte de una primera o una segunda sección cónica externa del espárrago de funcionamiento:

α < ½ arctan (μ)

en donde p es el coeficiente de fricción y a es el semiángulo de un cono externo del espárrago de funcionamiento, que se mide con respecto a su línea central. Se prefiere que el ángulo de sujeción sea más pequeño que el arco tangente del coeficiente de fricción de los materiales que se tocan, para el autobloqueo por fricción.

De forma alternativa o adicional, el primer y/o el segundo ángulo de sujeción, respectivamente, es menor que 6°, en caso de que los materiales en contacto sean ambos de acero. Para esta combinación de materiales, puede suponerse un coeficiente de fricción estático de 0,15, como definición en esta solicitud de patente. Esto corresponde a una cantidad de autobloqueo que no puede desbloquearse muy fácilmente. En caso de que haya presente otra combinación de materiales, el primer y el segundo ángulo de sujeción, respectivamente, pueden ser más pequeños que un ángulo a, que puede calcularse mediante

α < 6º · (arco tangente/ arco tangente 0,15)

en donde p es el coeficiente de fricción de cualquier otra combinación de materiales. Esto da lugar a una seguridad de autobloqueo similar a la combinación acero-acero con otras combinaciones de materiales. En esta solicitud de patente, todos los coeficientes de fricción relativos al autobloqueo en el espárrago de funcionamiento serán coeficientes de fricción estáticos.

De forma alternativa o adicional, la fuerza de sujeción axial entre una pieza sujeta y el eje es, preferiblemente, menos de 14 veces mayor que la fuerza requerida para aflojar las conexiones autobloqueadas entre el espárrago de funcionamiento y el mandril. Esta relación entre la fuerza axial entre una pieza sujeta y el eje y las fuerzas de liberación, corresponde a un ángulo de sujeción que genera un autobloqueo seguro que no puede liberarse muy fácilmente.

La parte entre el mandril y el espárrago de funcionamiento puede ser, por ejemplo, un cono hueco con propiedades de fricción específicas, o un recubrimiento para lograr este coeficiente de fricción. Además, esta parte puede intercambiarse más fácilmente, en caso de desgaste.

En esta solicitud, todos los ángulos relativos a un cono son semiángulos, en caso de que la dirección del movimiento de sujeción coincida con semiángulos, lo que significa que se miden desde la superficie del cono contra la línea central del cono, que corresponde, preferiblemente, a la dirección del movimiento de sujeción del espárrago de funcionamiento. La línea central puede ser un eje de rotación de un cono o, en caso de que el cono no tenga una sección transversal circular, una línea central promediada, que, por ejemplo, puede atravesar el centro del área en una o más secciones transversales.

El espárrago de funcionamiento tiene dos secciones cónicas externas para la interacción con el mandril. Cada una de las secciones cónicas externas es autobloqueante. Sin embargo, en una realización que no es según la invención, puede bastar con que el espárrago de funcionamiento solo tenga una sección cónica externa autobloqueante.

Preferiblemente, la al menos una sección cónica externa del espárrago de funcionamiento comprende una primera y una segunda subsección cónica. Preferiblemente, cada subsección es acoplable al mandril sin el acoplamiento de la otra subsección de la misma sección, en donde la primera subsección tiene un ángulo de accionamiento de primera subsección que es distinto de un ángulo de accionamiento de segunda subsección de la segunda subsección. Mediante los distintos ángulos un sección cónica puede llevar a cabo distintos tipos de accionamiento. Por ejemplo, puede dar una carrera rápida de posicionamiento del mandril. De forma alternativa o adicional, puede darse una carrera de sujeción para sujetar la pieza.

Preferiblemente, durante un movimiento de sujeción del espárrago de funcionamiento, la primera subsección puede acoplarse al mandril antes de que pueda acoplarse la segunda subsección.

Preferiblemente, el primer ángulo de accionamiento de subsección es un ángulo de agarre para agarrar una pieza a sujetar. El agarre puede realizarse rápidamente y sin sujeción. El ángulo de accionamiento de segunda subsección es, preferiblemente, un ángulo de sujeción tal que el movimiento radial del o de los segmentos de mandril con respecto a un movimiento del espárrago de funcionamiento durante un acoplamiento de la segunda subsección, sea más pequeño que un movimiento radial del o de los segmentos de mandril con respecto al mismo movimiento del espárrago de funcionamiento durante el acoplamiento de la primera subsección. De este modo, la primera subsección se centra en una mayor velocidad del movimiento radial del mandril, mientras que la segunda subsección se centra en una mayor fuerza sobre el mandril en la misma dirección.

Preferiblemente, en caso de que haya presentes dos subsecciones en al menos una de la primera y la segunda secciones cónicas externas del espárrago de funcionamiento, al menos una segunda subsección tiene una segunda subsección con un ángulo de sujeción menor de 6°. Al menos una primera subsección puede tener un ángulo de accionamiento de más de 6°. Gracias a dichas subsecciones, pueden obtenerse distintas velocidades de sujeción al deslizar el espárrago de funcionamiento a lo largo del mandril. Pueden conseguirse una gran velocidad radial del mandril para agarrar una pieza a sujetar, y una velocidad radial más lenta del mandril para precargar la pieza a sujetar con mayores fuerzas.

Preferiblemente, solo una de la primera sección cónica externa y la segunda sección cónica externa del espárrago de funcionamiento, especialmente la que está dispuesta más cerca de la cavidad de sujeción, comprende una primera y una segunda subsección. La sección cónica externa que, en este caso, no está dividida en subsecciones, y la segunda subsección cónica externa, tienen preferiblemente un ángulo de sujeción menor de 6°.

Preferiblemente, el dispositivo de sujeción comprende

- un canal de dispositivo de sujeción interno para guiar cualquier líquido o gas a través del dispositivo de sujeción, especialmente a través del espárrago de funcionamiento, en donde el canal de dispositivo de sujeción puede girar con el dispositivo de sujeción y el husillo, si procede, y

- un paso giratorio para conectar el canal de dispositivo de sujeción giratorio del dispositivo de sujeción a un canal de suministro en una barra de bloqueo y liberación, en donde la barra de bloqueo y liberación es preferiblemente no giratoria.

Este diseño permite que un medio fluya desde una parte no giratoria del husillo, a través de un canal de suministro, a través de la barra de bloqueo y liberación, a una pieza sujeta que puede girar o situarse alrededor de una línea central. Un medio puede fluir desde el canal de suministro, a través del paso giratorio y, luego, a través del canal de dispositivo de sujeción, a la pieza sujeta. Preferiblemente, la barra de bloqueo y liberación, en un estado montado, está dispuesta dentro de un eje. El medio puede ser, por ejemplo, un refrigerante y/o un lubricante, especialmente para un proceso de mecanizado, o cualquier gas, como el aire o un gas inerte.

El eje puede estar dispuesto dentro de un husillo que accione el eje. El eje puede ser llevado por un sistema de cojinetes dispuesto entre el eje y el husillo. La barra de bloqueo y liberación puede estar unida al husillo de forma que no sea giratoria.

El canal del dispositivo de sujeción se extiende preferiblemente por el centro del espárrago de funcionamiento. Preferiblemente, el espárrago de funcionamiento está abierto en su extremo hacia la pieza a sujetar. Por dicha abertura puede fluir el medio hasta una pieza sujeta.

Preferiblemente, el paso giratorio es desprendible en la dirección axial del eje. Preferiblemente, el paso giratorio puede dividirse en al menos dos partes que pueden girar entre sí en un estado ensamblado. Una primera parte puede ser una parte opuesta de paso giratorio del espárrago de funcionamiento. La segunda parte puede ser un anillo de paso giratorio, que puede ser una parte separada o una sección de otra parte. Un lugar para separar las dos partes entre sí puede ser un hueco de un cojinete de fluido, por ejemplo, un cojinete de gas o de líquido que esté dispuesto entre las dos partes.

Preferiblemente, el eje que comprende el mecanismo de sujeción se puede sacar del husillo en donde está dispuesta la barra de bloqueo y liberación, preferiblemente después del desacoplamiento de la barra de bloqueo y liberación del espárrago de funcionamiento. Preferiblemente, el paso giratorio se desprende mediante este proceso. Preferiblemente, no es necesaria ninguna acción adicional para retirar el eje del husillo. Todas las partes de conexión entre un eje o partes que pueden sacarse junto con este y las partes restantes del husillo, pueden ser cojinetes, preferiblemente cojinetes de gas. Todas las partes de cojinete, excepto un conjunto extraíble de eje que puede comprender partes de uno o más cojinetes, pueden permanecer en el husillo o carcasa cuando se extraiga el husillo.

Un conjunto de eje comprende el eje, el mandril y las partes que están dispuestas en el eje y/o que pueden girar con él, especialmente partes de uno o más cojinetes.

Preferiblemente, el paso giratorio es un cojinete radial gasostático, gasodinámico, hidrostático o hidrodinámico. Un cojinete así puede llevar, soportar y/o guiar la barra de bloqueo y liberación que actúa en el dispositivo de sujeción. El anillo interior de un cojinete así puede estar unido tanto a la barra de bloqueo y liberación como al dispositivo de sujeción, o puede ser una sección de los mismos, mientras que el anillo exterior puede estar unido a la respectiva otra de la barra de bloqueo y liberación y el dispositivo de sujeción. Preferiblemente, el paso giratorio está dispuesto dentro de la barra de bloqueo y liberación. Sin embargo, también es posible disponer el paso giratorio dentro de una sección del espárrago de funcionamiento. El cojinete puede actuar preferiblemente como un sello, para evitar que el gas o el fluido que se guía a través del paso giratorio fluya al interior de un eje, a través de un orificio en el que esté dispuesta la barra de bloqueo y liberación, o a un sistema de sujeción que esté ensamblado en este eje. Con el pequeño hueco de un cojinete de fluido o de gas, especialmente un cojinete de gas, es posible sellar un medio presurizado, por ejemplo, un medio con una presión de al menos 10 bar, preferiblemente de al menos 50 bar. Un cojinete aerostático puede ser un cojinete aerostático de alta presión, que utilice una presión de más de 10 bar. El fluido o gas a suministrar al cojinete puede suministrarse a través de un orificio dedicado practicado en la barra de bloqueo y liberación. También puede suministrarse fluido al cojinete desde el canal de suministro de medio de la barra de bloqueo y liberación, o mediante una fuente de suministro dedicada externa a la barra de bloqueo y liberación.

Preferiblemente, el espárrago de funcionamiento tiene, a lo largo de la longitud de acoplamiento con el mandril, un diámetro máximo que es igual o menor que cualquier diámetro interior del mandril, en una posición donde se desplaza radialmente hacia fuera en un máximo, situado más alejado de la pieza a sujetar que la posición axial considerada en el espárrago de funcionamiento. De esta forma y, preferiblemente, si no está limitado por un tope final y/o si no se sujeta ninguna herramienta, el espárrago de funcionamiento puede retirarse en la dirección de su accionamiento, para sujetar una herramienta. Por lo tanto, el eje puede retirarse del husillo junto con el mandril en dirección axial, sin retirar el espárrago de funcionamiento o desprender el espárrago de funcionamiento de una barra de sujeción y liberación dentro del husillo. Cuando se retira el eje, el espárrago de funcionamiento se vuelve accesible para trabajos de mantenimiento o sustitución. Preferiblemente, el conjunto de eje tampoco tiene una conexión axial al husillo en la dirección de su retirada fuera del mismo.

Preferiblemente, el dispositivo de sujeción comprende un anillo de guía, con ranuras de guía que se extienden radialmente en su periferia interior. Cada una de las ranuras de guía está configurada para guiar radialmente un único segmento de mandril en una dirección radial y, preferiblemente, también en una dirección axial. Preferiblemente, es evitable un cambio de la posición angular del mandril con respecto al eje. De forma alternativa o adicional, el anillo de guía puede evitar la inclinación alrededor de un eje perpendicular al eje central. Las ranuras de guía pueden extenderse axialmente a lo largo de toda la longitud axial de la periferia radialmente exterior del anillo de guía. El anillo de guía puede ser más corto en la dirección axial que un segmento de mandril. Preferiblemente, el perímetro exterior del anillo de guía tiene una rosca en su periferia exterior. Con esta rosca, el anillo de guía puede enroscarse al eje, preferiblemente, a una sección de inserción del eje. Cuando el anillo de guía se retira del eje, preferiblemente, puede extraerse el mandril del extremo del husillo hueco, preferiblemente, junto con el anillo de guía. El anillo de guía puede comprender uno o más salientes axiales que pueden actuar como soporte de centrado, para centrar el anillo de guía en una superficie opuesta dentro de una sección hueca del eje.

En otro aspecto de la invención, se propone un dispositivo giratorio o de posicionamiento, especialmente un husillo, que comprende un dispositivo de sujeción como el descrito anteriormente.

Dispositivo giratorio significa que el dispositivo giratorio alcanza una velocidad de giro considerable. Un dispositivo de posicionamiento es un dispositivo para posicionar una pieza sujeta mediante un movimiento de giro y/o de traslación. La precisión de la sujeción que se logra mediante el dispositivo de sujeción propuesto es ventajosa para el posicionamiento, especialmente con respecto a la repetibilidad. Esto, a su vez, es ventajoso con respecto a los problemas de desequilibrio y la dinámica del rotor en un dispositivo giratorio.

Un husillo según esta solicitud de patente, es un dispositivo con un sistema de cojinetes que permite que un eje se alinee en dirección radial y/o axial. Un husillo puede o no incluir un motor. Un dispositivo de sujeción en un husillo, puede sostener y sujetar la pieza sujeta para sujetarla y situarla en el eje del husillo en las direcciones axial y radial.

Preferiblemente, un eje tiene un orificio pasante de eje axial que comienza en un extremo de sujeción del eje, en donde el dispositivo de sujeción puede funcionar mediante una barra de bloqueo y liberación, con una acción sobre el dispositivo de sujeción y sin la acción de una unidad de generación de fuerza de sujeción dedicada, o de una unidad de bloqueo dedicada, en donde, preferiblemente, la barra de bloqueo y liberación está fijada a un estátor de husillo con respecto a la rotación. Preferiblemente, no hay ninguna unidad de generación de fuerza de sujeción que gire con el eje. Especialmente, se aplica una fuerza axial para producir una parte principal de la fuerza de sujeción únicamente al espárrago de funcionamiento en un proceso de sujeción. Preferiblemente, no se aplica ninguna fuerza axial permanente al espárrago de funcionamiento en un estado sujeto del mandril, para producir una parte principal de la fuerza de sujeción.

El orificio pasante del husillo no tiene por qué generarse necesariamente por perforación. El husillo tiene, preferiblemente, forma de eje hueco.

Preferiblemente, el eje del husillo es extraíble del husillo, en donde el espárrago de funcionamiento está conectado a la barra de bloqueo-liberación, y permanece en el husillo.

Preferiblemente, el eje del husillo es extraíble del husillo, en donde el dispositivo de sujeción puede extraerse con el eje, y la barra de bloqueo y liberación permanece en el husillo.

Preferiblemente, el eje comprende un resorte de reajuste precargado, para realizar un agarre rápido de la pieza sin sujetarla. Para ello, el resorte de reajuste es efectivo entre el espárrago de funcionamiento y el eje, de modo que precarga el espárrago de funcionamiento en la dirección de sujeción. El resorte de reajuste puede ser un resorte helicoidal. En este caso, está dispuesto, preferiblemente, alrededor del espárrago de funcionamiento. Además, mediante tal resorte de reajuste, pueden compensarse un movimiento radial del mandril bajo rotación y carga centrífuga, reajustando la posición axial del espárrago de funcionamiento. La sujeción de la pieza a sujetar se mantiene después de detener la rotación. El resorte de reajuste está dispuesto, preferiblemente, entre el espárrago de funcionamiento y el eje del husillo o el mandril. El resorte de reajuste es, preferiblemente, comprimible en la dirección del movimiento del espárrago de funcionamiento, cuando libera una pieza.

Preferiblemente, la barra de bloqueo y liberación está soportada por un cojinete de barras entre la barra de bloqueo y liberación y el eje, en donde, preferiblemente, el cojinete de barras es un cojinete liso, un cojinete hidrostático, un cojinete hidrodinámico o un cojinete gasostático y/o un cojinete gasodinámico. Preferiblemente, el cojinete de barras es un cojinete radial.

Preferiblemente, entre el espárrago de funcionamiento y el eje hay dispuesto un sello de espárrago, para sellar una parte más profunda del orificio pasante del husillo, desde el extremo abierto del eje que está dedicado para la sujeción de la pieza a sujetar.

En otro aspecto de la invención, se propone un método para sujetar una pieza a sujetar en un eje. Según el método, el autobloqueo de un dispositivo de sujeción se logra moviendo un espárrago de funcionamiento con una sección cónica externa en la dirección axial del eje, cuyo movimiento hace que un mandril se mueva radialmente hacia fuera para sujetar una pieza a sujetar. Cuando las fuerzas de sujeción comienzan a acumularse, el espárrago de funcionamiento se mueve adicionalmente en la misma dirección axial, de modo que la fricción entre la sección cónica externa del espárrago de funcionamiento y el mandril, o una pieza entre el mandril y el espárrago de funcionamiento, efectúa el autobloqueo del dispositivo de sujeción.

Para ello, el ángulo entre una sección cónica externa y la dirección del movimiento axial del espárrago de funcionamiento, es preferiblemente menor de 6°.

El mandril puede precargarse para sujetar una pieza a sujetar. La sujeción puede tener lugar mediante un movimiento axial de la pieza a sujetar en relación con el eje. Como la cavidad de sujeción es, preferiblemente, cónica, el movimiento axial también da lugar a una sujeción radial.

Como una realización de la invención, se propone un mecanismo para sujetar una pieza de forma firme, segura y repetible, pero también extraíble, en un eje de husillo. El mecanismo de sujeción puede comprender un mandril segmentado, que tiene un cono de sujeción externo para el acoplamiento a una sección cónica interna de la pieza a sujetar, y un segundo cono de sujeción externo para el acoplamiento a una sección cónica interna del eje. La pieza sujeta puede precargarse contra el eje mediante este mecanismo, que es un mecanismo de conos de eje hueco del estado de la técnica. El dispositivo de sujeción puede comprender, además, un espárrago de funcionamiento central para accionar el mandril segmentado, mediante tres secciones cónicas externas. A continuación, una sección muy cónica en el centro del espárrago central permite un movimiento radial rápido del mandril segmentado, si se mueve en dirección axial. Si se mueve axialmente hacia el acoplamiento del eje con la pieza a sujetar, esto permite reducir rápidamente el diámetro total del mandril, para retirar la parte hueca del eje del husillo. Si se mueve axialmente hacia el interior del eje, es decir alejándose de la pieza a sujetar, la sección cónica pronunciada permite un preagarre rápido de la pieza, preferiblemente, moviendo el mandril segmentado radialmente con una mayor velocidad, en comparación con la del movimiento radial del mandril causado por su conexión con la primera sección externa de cono del espárrago de funcionamiento. Las dos secciones cónicas poco profundas izquierda y derecha de la sección cónica profunda, generan una gran precarga mediante un desplazamiento axial adicional del espárrago de funcionamiento central hacia el interior del eje, cuando actúan sobre el mandril. Para ello, el mandril segmentado se mueve radialmente, e interacciona en su exterior con la sección cónica en la pieza a sujetar y la sección cónica en el eje. Debido a al menos un ángulo pequeño, en combinación con el coeficiente de fricción entre el espárrago de funcionamiento y el mandril, el mecanismo no solo puede precargar la pieza a sujetar contra el eje debido a la deformación elástica de las partes implicadas, sino que también es autobloqueante. Esto permite una sujeción segura gracias a la rotación del eje a elevadas velocidades, y con grandes cargas laterales transmitidas a la pieza sujeta.

A continuación, se describe detalladamente una realización de la invención, que puede combinarse con todas las demás realizaciones, en tanto en cuanto sean compatibles en opinión del experto en la técnica. La unidad de sujeción autobloqueante puede comprender un espárrago de funcionamiento, y un mandril segmentado alrededor del mismo. Ambas partes están situadas dentro de un orificio de eje. La sujeción de una parte de vástago hueca en el interior del orificio puede realizarse mediante un movimiento axial del espárrago de funcionamiento central. Dos secciones cónicas del espárrago pueden mover radialmente el mandril segmentado al exterior. Cuando se mueve radialmente, una sección cónica externa del mandril segmentado puede deslizarse a una sección cónica del vástago hueco de la pieza a sujetar. Otra sección cónica externa del mandril segmentado puede deslizarse radialmente a una sección cónica interna del orificio en la que está montada la unidad de sujeción. Una expansión radial adicional del mandril segmentado, mediante un desplazamiento axial adicional del espárrago de funcionamiento, puede generar ahora una carga axial entre la pieza de vástago hueco a sujetar y la parte que contiene el orificio. La elongación elástica del mandril segmentada, y la parte de vástago hueca en dirección axial, puede asegurar una precarga axial segura y constante de la parte de vástago hueca. Para secciones entre el espárrago de funcionamiento y el mandril segmentado, unos ángulos de cono menores de 6° pueden asegurar un autobloqueo, una vez que se sujete la herramienta hueca. Para liberar la sujeción y retirar la parte hueca del orificio, el espárrago de funcionamiento puede desplazarse axialmente en el sentido opuesto al de sujeción. T ras superar la fuerza de fricción axial causada por una precarga de bloqueo, el espárrago de funcionamiento puede moverse libremente en direcciones axiales.

En esta realización, puede utilizarse una cara axial del espárrago de funcionamiento, para empujar la pieza de vástago hueco fuera del orificio en una cara axial interna de la parte de vástago hueco. Para retirar la parte de vástago hueca del orificio, el espárrago de funcionamiento puede contener una sección cónica que permite que los segmentos del mandril segmentado se muevan radialmente al interior, para reducir el diámetro total de la unidad de sujeción. Para ello, el espárrago de funcionamiento puede comprender otra sección cónica que obligue a los segmentos del mandril segmentado a moverse radialmente al interior de la sección muy cónica del espárrago de funcionamiento. El mecanismo de sujeción puede contener un paso que permita guiar un gas o fluido a la pieza sujeta. El espárrago de funcionamiento puede accionarse dentro del orificio mediante una barra de bloqueo y liberación externa que no tiene que estar conectada al orificio o a la parte en la que está situado el orificio.

La invención presentada ofrece varios beneficios importantes en comparación con el estado de la técnica. En comparación con el estado de la técnica descrita a la vista de las Figuras 1A y 1B, se reduce drásticamente el número de partes requeridas. No se requiere ninguna unidad generadora de precarga dentro del eje. Además, se reduce drásticamente la longitud total del mecanismo de sujeción. Por lo tanto, la dinámica y el equilibrio dinámico, no solo mejoran significativamente y son mucho más consistentes durante la rotación, sino que también la fabricación y el ensamblaje de las partes se vuelven mucho más económicos. Preferiblemente, y como beneficio, liberar la sujeción no requiere una carga compresiva externa para vencer la precarga de los resortes montados en el orificio del sistema de sujeción del estado de la técnica descrito en las Figuras 1A y 1B. Esto reduce significativamente la carga axial necesaria para deshacer la sujeción, y permite que partes dimensionadas más pequeñas generen esta fuerza de liberación. Además, la invención permite retirar axialmente la parte con el orificio, que con frecuencia es un eje que lleva la pieza a sujetar. En este caso, el mandril segmentado permanece en el eje, y el espárrago de funcionamiento puede deslizarse axialmente dentro del mandril segmentado, y puede permanecer unido a una barra de bloqueo y liberación. Esto es útil para trabajos de mantenimiento, y no es posible con los sistemas de sujeción del estado de la técnica representados en las Figuras 1A y 1B, o en la Figura 2.

En comparación con el estado de la técnica descrito en la Figura 2, no es necesaria ninguna unidad de bloqueo separada, lo que reduce el número de partes significativamente. La reducción del número de secciones cónicas poco profundas, mejora el ajuste axial y la tolerancia de desplazamiento del espárrago de funcionamiento en dirección axial, y mejora significativamente la fiabilidad con el tiempo. De nuevo, la reducción del número de partes y del tamaño, mejora el comportamiento dinámico y el equilibrio dinámico. El comportamiento físico no está limitado en exceso, como es el caso del sistema de sujeción del estado de la técnica mostrado en la Figura 2. Puede excluirse un mayor autobloqueo cuando se libera la precarga. El espárrago central puede accionarse mediante una barra de bloqueo y liberación dentro del orificio, sin ninguna conexión al orificio o a la parte en la que está situado el orificio. Si se utiliza en un eje giratorio, esto mejora significativamente el comportamiento dinámico y el equilibrio dinámico, ya que solo giran el eje, el espárrago de funcionamiento y el mandril segmentado.

Sin embargo, como para un sistema de sujeción del estado de la técnica descrito en las Figuras 1A y 1B, solo se requiere una fuerza externa para liberar la sujeción; en el caso de la invención se requiere una fuerza en ambos sentidos axiales, para sujetar y para liberar la sujeción.

Las figuras muestran realizaciones según el estado de la técnica y, a modo de ejemplo únicamente, una realización según la invención.

La Figura 1A muestra una sección transversal a través de un plano central del eje de husillo de una primera variante de un mecanismo de sujeción de eje hueco según el estado de la técnica, que comprende una unidad de generación de fuerza de sujeción que gira junto con el eje de husillo, y que ejerce permanentemente una fuerza de tracción sobre el dispositivo de sujeción que sostiene una pieza a sujetar,

la Figura 1B proporciona una vista detallada del mecanismo de sujeción del eje hueco mostrado en la Figura 1a, en una vista ampliada,

la Figura 2 muestra una sección transversal a través de un plano central del eje de husillo de un segundo tipo de variante de un mecanismo de sujeción de eje hueco según el estado de la técnica, que comprende una unidad de generación de fuerza de sujeción que gira junto con el eje del husillo, y que ejerce permanentemente una fuerza de tracción sobre el dispositivo de sujeción, para mantener una pieza sujeta,

la Figura 3A muestra un plano de sección transversal a través de una línea central de un dispositivo de sujeción según la invención,

la Figura 3B muestra el dispositivo de sujeción de la Figura 3A, pero junto con distintos detalles e información,

la Figura 3C muestra una sección transversal a través de un plano de línea central de un anillo de guía, y

la Figura 3D representa una vista de un anillo de guía para guiar segmentos del mandril del dispositivo de sujeción de la Figura 3C.

La Figura 3A muestra esquemáticamente un dispositivo 1 de sujeción según la invención. Algunas características son similares a las características de los sistemas 100 y 200 de sujeción de las Figuras 1A, 1B y 2, respectivamente, y están marcadas, de forma general, con los mismos símbolos de referencia.

En la Figura 3A se muestra una pieza 2 a sujetar, que tiene la forma de un portaherramientas 20. Es evidente que un mecanismo de sujeción de vástago hueco según una realización de la invención, puede sujetar cualquier otra herramienta o pieza con la misma geometría de interconexión.

La pieza 2 a sujetar se muestra parcialmente con su sección 21 de inserción en una cavidad 3 de sujeción en un extremo axial de un eje 38. La sección 21 de inserción sobresale en dirección de un eje 38. El eje 38 no se muestra completamente en la Figura 3A, sino que, en realidad, continúa a la derecha de la Figura 3.

El contorno exterior de la sección 21 de inserción adopta la forma de un cono 24. El cono 24 se muestra completamente acoplado en un cono 34 en un contorno interior de la cavidad 3 de sujeción, y contiene un ajuste por interferencia entre estos conos. Se muestra una cara 22 de extremo axial de la pieza a sujetar, presionada contra una cara axial 32 de extremo del eje 38.

Dentro de la cavidad 3 de sujeción hay dispuesto un mandril 10. El mandril 10 comprende al menos uno, preferiblemente al menos dos, segmentos 11 de mandril individuales. Los segmentos 11 de mandril se guían en un anillo 19 de guía. El anillo 19 de guía puede estar atornillado en la cavidad 3 de sujeción en el eje 38. De este modo, los segmentos 11 de mandril se guían con respecto al eje 38.

Cada uno de los segmentos 11 de mandril comprende un primer saliente externo 103 y un segundo saliente externo 104. Se muestra un primer saliente externo 103 enganchado a una sección interna cónica 25 que hay en el contorno interior de la sección 21 de inserción de la pieza 2 a sujetar. Un primer cono de sujeción externo 1031 del mandril 10 toca la sección interna cónica 25, para transmitir fuerzas de sujeción. El segundo saliente externo 104 está enganchado a una cavidad interna 36 en una zona periférica interior del eje 38. La cavidad interna 36 tiene una sección cónica interna 361. La sección cónica interna 361 toca un segundo cono 1041 de sujeción externo del mandril 10, para transmitir fuerzas de sujeción.

Dentro del mandril 10 hay dispuesto un espárrago 13 de funcionamiento. Mediante un movimiento de funcionamiento axial del espárrago 13 de funcionamiento, el mandril 10 puede moverse radialmente al exterior o al interior. En su interior, el mandril 10 tiene una primera sección cónica interna 101 que está dispuesta en el extremo de la periferia interior del mandril 10, en dirección a la pieza 2 sujeta. Además, en su interior, el mandril 10 tiene una segunda sección cónica interna 102, que está dispuesta, además, en la dirección de una barra 17 de bloqueo y liberación. Ambas secciones cónicas internas 101, 102 forman preferiblemente un semiángulo menor de 6°, que se mide en relación con la línea central 33. El espárrago de funcionamiento comprende una primera y segunda secciones cónicas 131 y 132. La primera sección cónica 131 está subdividida en una primera y segunda subsecciones cónicas 1311 y 1312. Durante un movimiento de sujeción del espárrago 13 de funcionamiento, las secciones cónicas internas 101, 102 están en contacto con una segunda subsección cónica externa 1312 de la primera sección cónica externa 131 y una segunda sección cónica externa 132, respectivamente. La segunda subsección cónica 1312 y la segunda sección cónica externa 132 forman un semiángulo menor de 6°, medido en relación con la línea central 33. Cuando el espárrago 13 de funcionamiento se mueve a la derecha en la Figura 3, tiene lugar un autobloqueo, debido a los pequeños ángulos de cono de las secciones cónicas 1312, 132 y 101,102. Durante el desplazamiento de sujeción en el que el espárrago 13 de funcionamiento se mueve a la derecha en la Figura 3, los segmentos 11 de mandril se mueven hacia fuera. Esto hace que se tire axialmente de la pieza 2 a sujetar, a lo largo de la línea central, y en la cavidad 3 de sujeción mediante las secciones cónicas internas 25 y el primer cono 1031 de sujeción externo, en el extremo de los segmentos 11 de mandril cerca de la pieza 2 a sujetar, y mediante la sección cónica interna 361 de la cavidad de sujeción, y el segundo cono de sujeción externo 1041, en el otro extremo de los segmentos 11 de mandril. La geometría del mandril 10, de la cavidad interna que hay en la pieza 2 sujeta a sujetar con la sección cónica 25, y de la cavidad 36 en el eje 38, ejercen una fuerza de tracción sobre los segmentos 11 de mandril, y tira mutuamente de las caras extremas axiales 22 y 32 de la pieza 2 sujeta y del eje 38. En este estado, los segmentos 11 de mandril se estiran de forma elástica. Debido al efecto de autobloqueo, esta deformación elástica precarga la conexión cónica 24, 34 entre la pieza 2 a sujetar y el cono interno 34 en el eje 38.

El espárrago 13 de funcionamiento comprende una primera subsección cónica 1311 que tiene un ángulo significativamente más pronunciado que el de la segunda sección cónica 1312. La sección 1311 de cono externa puede interaccionar con los extremos de los segmentos 11 de mandril cerca de la pieza 2 a sujetar. Debido al ángulo del cono más pronunciado de la primera subsección cónica 1311, tiene lugar un movimiento de agarre rápido de las primeras protuberancias 103 del mandril 10, cuando el espárrago 13 de funcionamiento se mueve a la derecha en las Figuras 3A y 3B, y cuando la primera subsección cónica 1311 se encaja. Durante una carrera de liberación del espárrago 13 de funcionamiento hacia la pieza sujeta 2, el extremo del mandril 10 que está más cerca de la pieza 2 a sujetar, se desliza radialmente al interior de una cavidad del espárrago 13 de funcionamiento que está parcialmente bordeado por la primera subsección cónica externa 1311. El extremo del mandril 10 hacia la pieza 2 a sujetar se retrae, entonces, radialmente hacia la línea central 33 y fuera de la sección cónica interna 25 de la pieza sujeta 2.

El espárrago 13 de funcionamiento está dispuesto dentro de un orificio pasante 37 de eje. En su extremo opuesto a la pieza 2 sujeta, el espárrago 13 de funcionamiento está conectado a una barra 17 de bloqueo y liberación a través de un paso giratorio 181. El espárrago 13 de funcionamiento comprende una contrapieza 135 del paso giratorio que tiene forma de tubo. La contrapieza 135 del paso está dispuesta en el interior de un orificio axial del espárrago 13 de funcionamiento. Permite una función de sellado. De forma adicional o alternativa, la contrapieza 135 del paso permite un comportamiento flexible en dirección radial mediante anillos de sellado. La posición axial del tubo es fija. La periferia exterior de la contrapieza 135 del paso está diseñada como un cojinete liso de gas. La parte exterior del cojinete neumático es el paso 181 giratorio. Comprende unos orificios 182 de suministro de gas a cojinetes, para suministrar el gas de cojinete al cojinete liso.

El paso giratorio 181 permite que un medio fluya a través de un canal 172 de suministro dentro de la barra 17 de bloqueo y liberación, y al interior de un canal 18 de dispositivo de sujeción. Cuando fluye un medio, el dispositivo 1 de sujeción con el canal 18 de dispositivo de sujeción, y la barra 17 de bloqueo y liberación con el canal 172 de suministro, pueden cambiar entonces su posición angular relativa. El canal 172 de suministro se extiende a través de la toda la longitud axial del espárrago 13 de funcionamiento. El cojinete de gas, como una combinación de la contrapieza 135 de paso y del paso giratorio 181, también tiene la función de sellar la entrada de cualquier fluido o gas que haya en los canales 172 y 18.

El espárrago 13 de funcionamiento comprende, además, un sello 133 que interacciona con una periferia interior del orificio pasante 37 de eje. Este sello 133 sella la cavidad 3 de sujeción contra las partes más profundas del orificio pasante 37 del eje.

En caso de que la pieza 2 se retire del eje 38, el eje 38 puede retraerse fuera de un husillo 1000, que únicamente se ilustra en la Figura 3B. El espárrago 13 de funcionamiento permanece entonces unido a la barra 17 de bloqueo y liberación, y dentro del husillo 1000.

El espárrago 13 de funcionamiento y la barra 17 de bloqueo y liberación están conectados entre sí para que la conexión se rompa cuando la barra 17 de bloqueo y liberación no se accione para el bloqueo o liberación de la pieza sujeta 2 por el dispositivo 1 de sujeción.

El dispositivo 1 de sujeción comprende, además, un resorte 14 de reajuste que precarga el espárrago 13 de funcionamiento con una fuerza menor que la requerida para sujetar la pieza 2 en dirección de sujeción. El resorte 14 de reajuste está dispuesto entre una cara 134 de compresión de resorte en el orificio pasante 37 del eje 38, y un anillo 141 de retención que está unido al eje 38. El resorte 14 de reajuste se extiende axialmente en el eje 38.

En caso de que no haya ninguna pieza 2 sujeta en el eje 38, los segmentos 11 de mandril alcanzan un máximo de posición radial hacia el exterior, a medida que la fuerza del resorte 14 de reajuste actúa sobre el espárrago 13 de funcionamiento. Para sujetar una pieza 2, la varilla 13 de funcionamiento se desplaza hacia el cono externo 24, que constituye una interconexión entre la pieza 2 y el cono de eje interno 34, en donde, en este caso, los extremos de los segmentos 11 de mandril hacia la pieza 2 a sujetar se deslizan a la cavidad en la primera subsección cónica externa 1311 del espárrago 13 de funcionamiento. Los extremos de los segmentos 11 de mandril, cerca de la pieza 2 a sujetar, tienen una superficie 1032 de cono de compresión en su periferia radialmente exterior. Esta superficie 1032 de cono de compresión puede acoplarse a una sección 21 de inserción de una pieza 2 a sujetar, cuando la pieza se inserta en la cavidad 3 de sujeción. Pueden cubrirse con este diseño muchas, preferiblemente todas, las circunstancias que hacen que los extremos de los segmentos 11 de mandril hacia la pieza 2 a sujetar no se deslicen al interior de la cavidad 1311 del espárrago 13 de funcionamiento. Para permitir la inserción en la cavidad 3 de sujeción del vástago hueco de la pieza 2 a sujetar, la sección 21 de inserción comprime los segmentos 11 de mandril en su extremo, con el cono 1032 de compresión hacia la pieza 2 a sujetar, para que se deslicen al interior del vástago hueco, donde pueden engancharse a la sección cónica interna 25.

Cuando el eje gira a una mayor velocidad, por ejemplo, por encima de 10.000 rpm, junto con el dispositivo de sujeción montado, la carga centrífuga puede actuar sobre los segmentos 11 de mandril. En este caso, aumenta la fuerza axial a las conexiones cónicas entre el primer cono 1031 de sujeción externo del mandril 10 y la sección cónica interna 25 de la pieza 2, así como entre el segundo cono 1041 de sujeción externo y la sección cónica interna 361 de la cavidad 3 de sujeción. Esto da lugar de nuevo a una mayor sujeción axial de la pieza 2 sujeta al eje 38. Por otra parte, sin embargo, las conexiones entre la primera sección cónica interna 101 del mandril 10 y la segunda subsección cónica externa 1312 del espárrago 13 de funcionamiento, así como entre la segunda sección cónica interna 102 y la segunda sección cónica externa 132 del espárrago de funcionamiento, se aflojan durante la precarga. El resorte 14 de reajuste puede resultar eficaz en caso de que la precarga de los segmentos 11 de mandril, debido a su deformación elástica durante la sujeción, no sea suficiente para mantener la fuerza de sujeción adecuadamente. Es lo bastante resistente como para reajustar la posición axial del espárrago 13 de funcionamiento, empujándolo más en la dirección alejada de la pieza 2 a sujetar. Después de parar el giro, se mantiene una sujeción segura y precargada de la pieza 2.

El espárrago 13 de funcionamiento es guiado dentro del orificio pasante 37 del eje, en una superficie 137 de guía en la periferia del espárrago 13 de funcionamiento. Unas ligeras excentricidades del diámetro exterior del espárrago 13 de funcionamiento pueden causar un desequilibrio no repetible. Por lo tanto, se prefiere una alineación muy buena dentro del orificio pasante 37 del eje. Preferiblemente, se diseña un ajuste de diámetro de, por ejemplo, 3-10 micrómetros entre el orificio pasante 37 del eje y la superficie 137 de guía.

La Figura 3B ilustra el dispositivo 1 de sujeción en una cavidad 3 de sujeción de un eje 38. Con fines de ilustración, el eje 38 está insertado en un husillo 1000 simplificado. La Figura 3B muestra unos ángulos de accionamiento y de sujeción en el espárrago 13 de funcionamiento. La primera subsección cónica externa 1311, que sirve para retener rápidamente el mandril 10 en una cavidad 1313 del espárrago 13 de funcionamiento en la primera subsección cónica externa 131, y para agarrar la pieza 2 a sujetar, tiene un ángulo de agarre AA en relación con el eje central de la cavidad 3 de sujeción. Este ángulo de agarre AA se elige, preferiblemente, de 20° a 45°, y se mide desde la superficie de cono hasta la línea central 33. La segunda subsección cónica externa 1312 de la primera sección cónica 131 del espárrago 13 de funcionamiento, tiene un primer ángulo AS1 de sujeción con respecto al eje central de la cavidad 3 de sujeción 3. El primer ángulo AS1 de sujeción es menor de 6°, y también se mide desde la superficie de cono hasta la línea central 33. La segunda sección cónica externa 132 del espárrago 13 de funcionamiento en el lado de la barra 12 de bloqueo y liberación, forma un segundo ángulo AS2 de sujeción con respecto a la línea central 33 de la cavidad 3 de sujeción. El segundo ángulo AS2 de sujeción es, preferiblemente, menor de 6°, lo que también se mide desde la superficie del cono hasta la línea central 33.

El espárrago 13 de funcionamiento y el mandril 10 se tocan en la primera subsección cónica externa 1311 del primer cono externo 131 del espárrago 13 que está en contacto con la primera sección cónica interna 101 del mandril 10. La segunda sección cónica 132 del espárrago 13 está en contacto con la segunda sección cónica interna 102 del mandril 10.

En cuanto al espárrago 13 de funcionamiento, en la Figura 3B se indican con las flechas correspondientes una dirección RM de movimiento de liberación, y una dirección CM de movimiento de sujeción.

Además, como ejemplo de las condiciones que se requieren para retirar el eje 38 del husillo 1000, se indica un diámetro máximo D del espárrago 13 de funcionamiento. A lo largo de un desplazamiento PA ilustrativo, que comienza en el diámetro D en dirección axial del eje 38, el diámetro máximo D es menor que el diámetro interior del mandril 10 y del eje 38. Además, la superficie 137 de guía del espárrago 13 de funcionamiento tiene un diámetro menor que las partes del orificio pasante 37 de eje que están más alejadas de la superficie 137 de guía con respecto al extremo de sujeción del eje 38. En términos más generales, el diámetro exterior de las partes dentro del orificio pasante 37, por ejemplo, el espárrago 13 de funcionamiento, es, empezando desde el diámetro exterior considerado en sentido opuesto al tope 39 de sujeción del eje 38, menor que el diámetro interior del mandril y del orificio pasante 37. Este es así preferiblemente, si los segmentos 11 de mandril están completamente acoplados en la conexión cónica entre la sección cónica interna 361 de la cavidad 3 de sujeción del eje 38 y el segundo cono 1041 de sujeción externo del mandril 10. Además, el exterior del conjunto 35 de eje, que puede contener también, además del eje y del mandril, otras partes, tales como cojinetes, no tiene diámetros más grandes que impidan retirar el conjunto 35 de eje del husillo 1000. El eje 38 o el conjunto 35 de eje pueden sacarse del husillo 1000, sin ser necesaria una acción posterior. El espárrago 13 de funcionamiento permanece unido a la barra 17 de bloqueo y liberación, y dentro del husillo 1000, en este caso, donde el mandril 10 permanece en el eje 38.

Las Figuras 3C y 3D muestran un anillo 19 de guía con unas ranuras 191 de guía. El anillo 19 de guía garantizará que cualquier cara lateral de un único segmento 11 de mandril no se mueva en ningún otro plano más que en el plano definido por el plano 194 de contacto que toca una cara lateral en la dirección circunferencial de un segmento 11 de mandril correspondiente. El número de ranuras 191 de guía corresponde al número de segmentos 11 de mandril del mandril 10. El anillo 19 de guía comprende un saliente 192 de centrado para centrar el anillo 19 de guía en la cavidad 3 de sujeción. El anillo 19 de guía comprende una rosca 193 en su perímetro exterior. Mediante esta rosca 193, el anillo 19 de guía puede enroscarse en la cavidad 3 de sujeción, que comprende una contrarrosca en su periferia interior.

Lista de números de referencia

I Dispositivo de sujeción

10 Mandril

101 Primera sección cónica interna del mandril

102 Segunda sección cónica interna del mandril

103 Primer saliente externo del mandril, para acoplar el mandril a la pieza a sujetar

1031 Primer cono de sujeción externo del mandril

1032 Superficie de cono de compresión

104 Segundo saliente externo del mandril, para acoplar el mandril en el eje

1041 Segundo cono de sujeción externo del mandril

I I Segmento de mandril

I I I Caras laterales de los segmentos de mandril en la dirección circunferencial del mandril

12 Barra de funcionamiento

121 Orificio longitudinal en la barra de funcionamiento

122 Cabezal de la barra de funcionamiento

13 Espárrago de funcionamiento

1310 Zona de contacto

131 Primer cono externo del espárrago de funcionamiento en el lado de la pieza a sujetar

1311 Primera subsección cónica externa del primer cono externo del espárrago de funcionamiento 1312 Segunda subsección cónica externa del primer cono externo del espárrago de funcionamiento 1313 Cavidad en el espárrago de funcionamiento

132 Segundo cono externo del espárrago de funcionamiento en el lado del espárrago de funcionamiento 133 Anillo de sellado

134 Cara de compresión por resorte del espárrago de funcionamiento

135 Contrapieza de paso giratorio del espárrago de funcionamiento

136 Cara de extremo axial del espárrago de funcionamiento

137 Superficie de guía del espárrago de funcionamiento

14 Resorte de reajuste

141 Anillo de retención

15 Casquillo con extremo cónico

16 Anillo de soporte

17 Barra de bloqueo y liberación

171 Sección cónica externa de la barra de bloqueo y liberación

172 Canal de suministro en la barra de bloqueo y liberación 173 Cara extrema axial de la barra de bloqueo y liberación

174 Cojinete de barras radial

18 Canal de dispositivo de sujeción

181 Paso giratorio

182 Orificio de suministro de gas al cojinete

19 Anillo de guía para guiar los segmentos de mandril en el plano de contacto 191 Ranuras de guía

192 Saliente de centrado

193 Rosca en la periferia exterior del anillo de guía

194 Plano de contacto

2 Pieza a sujetar

20 Portaherramientas

21 Sección de inserción

22 Cara de extremo axial de la pieza a sujetar

23 Eje central de la pieza a sujetar

24 Cono externo

25 Sección cónica interna

26 Cara de extremo axial interna

3 Cavidad de sujeción

31 Sección de inserción para la pieza a sujetar

32 Cara de conexión axial frontal de la cavidad de sujeción

33 Línea central de la cavidad de sujeción

34 Cono interno en el eje

35 Conjunto de eje

36 Cavidad interna en una zona periférica interior de la cavidad de sujeción 361 Sección cónica interna de la cavidad de sujeción

37 Orificio pasante de eje

371 Cara axial dentro del eje

38 Eje

39 Tope de sujeción axial

4 Unidad de generación de fuerza de sujeción

41 Paquete de resortes de disco

5 Unidad de bloqueo

51 Tubo dividido doblemente cónico

511 Sección cónica interna del tubo dividido doblemente cónico

512 Sección cónica externa del tubo dividido doblemente cónico

513 Cara de extremo axial del tubo dividido doblemente cónico

52 Casquillo cónico interior

100 Primer mecanismo de sujeción por conos de eje hueco del estado de la técnica (tipo HSK; en alemán, Hohlschaftkegelspannmechanismus)

200 Segundo mecanismo de sujeción por conos de eje hueco del estado de la técnica (tipo HSK)

1000 Husillo

D Diámetro máximo

PA Desplazamiento ilustrativo a lo largo de un área de paso para el diámetro máximo del espárrago de funcionamiento alejado del extremo de sujeción del eje

AS1 Primer ángulo de sujeción de la segunda subsección cónica externa del primer cono externo del espárrago de funcionamiento

AS2 Segundo ángulo de sujeción de un segundo cono externo del espárrago de funcionamiento

AA Ángulo de agarre de una primera subsección cónica externa del cono externo del espárrago de funcionamiento

CM Dirección del movimiento de sujeción del espárrago de funcionamiento

RM Dirección del movimiento de liberación del espárrago de funcionamiento

CF Fuerza de sujeción

RF Fuerza de liberación

Claims

REIVINDICACIONES

Dispositivo (1) de sujeción para sostener una pieza (2) a sujetar en una cavidad (3) de sujeción en donde está dispuesto el dispositivo (1) de sujeción, comprendiendo el dispositivo (1) de sujeción:

- un mandril (10) que tiene una primera protuberancia exterior (103) para acoplarse con una cavidad interna (25) en un área periférica interior de la pieza (2) a sujetar, y un segundo saliente externo (104) para acoplarse con un acceso interno (36) en una zona periférica interior d la cavidad (3) de sujeción, en donde al menos uno del primer saliente externo (103) y/o el segundo saliente externo (104) comprende un primer cono externo (1031) y/o un segundo cono externo (1041), respectivamente, para llevar la pieza (2) a sujetar a la cavidad (3) de sujeción, mediante un movimiento radial hacia fuera del mandril (10) o de una sección del mandril (10), y

- un espárrago (13) de funcionamiento que incluye una sección cónica externa (131, 132) para efectuar el movimiento radial hacia fuera del mandril (10),

en donde el mandril (10) es autobloqueante mediante un movimiento del espárrago (13) de funcionamiento en la dirección axial que fija

- la sección cónica externa (131, 132) del espárrago (13) de funcionamiento, y

- el mandril (10) o una pieza entre el mandril (10) y el espárrago (13) de funcionamiento entre sí,

caracterizado porque el espárrago (13) de funcionamiento tiene dos secciones cónicas externas (131, 132) para interaccionar con el mandril (10), en donde cada una de las secciones cónicas externas (131, 132) es autobloqueante.

Dispositivo (1) de sujeción según la reivindicación 1, en donde el espárrago (13) de funcionamiento comprende

- una primera sección cónica externa (131), y

- una segunda sección cónica externa (132),

caracterizado porque

- un primer ángulo (AS1) de sujeción entre al menos una sección de la superficie de la primera sección cónica externa (131) del espárrago (13) de funcionamiento y la dirección (MSuj) de movimiento de sujeción del espárrago (13) de funcionamiento, y

- un segundo ángulo (AS2) de sujeción entre al menos una sección de la superficie de la segunda sección cónica externa (132) del espárrago (13) de funcionamiento y la dirección de movimiento (MSuj) de sujeción del espárrago (13) de funcionamiento,

son lo suficientemente pequeños como para que el espárrago (13) de funcionamiento sea autobloqueante por fricción de las caras en contacto en su primera y segunda secciones cónicas externas (131, 132), respectivamente, y el mandril (10) o una pieza entre el mandril (10) y el espárrago (13) de funcionamiento, en donde, preferiblemente,

el primer y el segundo ángulos (AS1, AS2) de sujeción son más pequeños que la mitad del arco tangente de un coeficiente de fricción entre la superficie de la primera y/o la segunda sección cónica externa (131, 132) del espárrago (13) de funcionamiento, respectivamente, y el mandril (10) o una pieza entre el mandril (10) y el espárrago (13) de funcionamiento, y/o

el primer y el segundo ángulos (AS1, AS2) de sujeción, respectivamente, son menores de 6°, en caso de que los materiales en contacto sean ambos de acero o, en caso de que haya otra combinación de materiales en contacto, el primer y el segundo ángulos (AS1, AS2) de sujeción, respectivamente, son más pequeños que un ángulo que se calcula multiplicando 6° por el cociente del arco tangente del coeficiente de fricción de la otra combinación de materiales, dividido por el arco tangente de 0,15, y/o una fuerza axial (FA) generada por el mecanismo de sujeción entre una pieza
(2) a sujetar y un eje (38), es menos de 14 veces mayor que cualquier fuerza axial (FR) para liberar el dispositivo (1) de sujeción.

Dispositivo (1) de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cavidad
(3) de sujeción está dispuesta en un eje (38) que tiene un orificio pasante (37), y porque el dispositivo (1) de sujeción puede accionarse mediante una barra (17) de bloqueo y liberación que está dispuesta en el orificio pasante (37), en donde el dispositivo (1) de sujeción comprende

- un canal (18) de dispositivo de sujeción, para guiar un líquido o un gas a través del dispositivo (1) de sujeción, en donde el canal (18) de dispositivo de sujeción puede girar junto con el dispositivo (1) de sujeción y el eje (38), y

- un paso giratorio (181) para una conexión del canal (18) de dispositivo de sujeción giratorio del dispositivo (1) de sujeción, a un canal (172) de suministro en la barra (17) de bloqueo y liberación, en donde la barra (17) de bloqueo y liberación es, preferiblemente, no giratoria,

en donde, preferiblemente, el paso giratorio (181) es separable en dirección axial del eje (38), en donde al menos dos partes del paso giratorio (181) pueden girar entre sí junto con el eje (38) y la barra (17) de bloqueo y liberación, respectivamente, y son desprendibles entre sí mediante un movimiento axial relativo entre las mismas.
4. Dispositivo (1) de sujeción según la reivindicación 3, caracterizado porque una función de cojinete y sellado del paso giratorio (181) es realizada por al menos uno de un cojinete aerostático, aerodinámico, hidrostático o hidrodinámico.
5. Dispositivo (1) de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espárrago (13) de funcionamiento no tiene, en cada posición axial, un diámetro (D) que sea mayor que un diámetro interior mínimo del mandril (10), cuando esté en una posición en la que su diámetro interior mínimo esté maximizado, en un sentido opuesto a la pieza (2) a sujetar, de modo que el espárrago (13) de funcionamiento es extraíble del interior del mandril (10), en dirección axial y alejado de la pieza a sujetar (2).
6. Dispositivo (1) de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (1) de sujeción comprende un anillo (19) de guía con unas ranuras (191) de guía que se extienden radialmente en su periferia interior, en donde cada ranura (191) de guía está configurada para guiar un segmento (11) de mandril en un plano (194) de contacto con al menos una cara lateral (111) del o de los segmentos (11) de mandril, en donde la(s) cara(s) lateral(es) (111) están dispuestas en los segmentos (11) de mandril en la dirección circunferencial del mandril (10), y en donde las ranuras (191) de guía se extienden, preferiblemente, de forma axial a lo largo de toda la longitud axial de la periferia radialmente exterior del anillo (19) de guía.
7. Dispositivo (1) de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una periferia exterior del espárrago (13) de funcionamiento se guía en la periferia interior de un orificio pasante (37) de eje, preferiblemente, mediante un ajuste deslizante entre la periferia exterior del espárrago (13) de funcionamiento y la periferia interior del orificio pasante (37) de eje, en donde el ajuste deslizante tiene, preferiblemente, una holgura de menos de 20 micrómetros, más preferiblemente, una holgura de 3 a 5 micrómetros.
8. Dispositivo (1000) de giro o posicionamiento que comprende un eje (38), caracterizado porque el eje (38) del dispositivo (1000) de giro o posicionamiento comprende la cavidad (3) de sujeción que comprende un dispositivo (1) de sujeción según una de las reivindicaciones anteriores.
9. Dispositivo (1000) de giro o posicionamiento según la reivindicación 8, en donde un eje (38) tiene un orificio pasante axial (37) que se extiende a la cavidad (3) de sujeción del eje (38),

caracterizado porque el dispositivo (1) de sujeción puede accionarse mediante una barra (17) de bloqueo y liberación, mediante una acción sobre el dispositivo (1) de sujeción, y sin la acción de una unidad (4) de generación de fuerza de sujeción dedicada, para aplicar permanentemente una fuerza a través de una barra (12) de funcionamiento al espárrago (13) de funcionamiento en un estado sujeto, en donde, preferiblemente, la barra (17) de bloqueo y liberación está fijada al dispositivo (1000) de giro o posicionamiento en cuanto a la rotación, y/o preferiblemente no interacciona con el dispositivo (1) de sujeción, si no se realiza ninguna sujeción o liberación.
10. Dispositivo (1000) de giro o posicionamiento según la reivindicación 9, caracterizado porque el eje (38) o el conjunto (35) de eje es extraíble del dispositivo (1000) de giro o posicionamiento, en donde el espárrago (13) de funcionamiento está conectado a la barra (17) de bloqueo/apertura, y permanece en el dispositivo (1000) de giro o posicionamiento cuando el eje se extrae, en donde el mandril (10) permanece en el eje (38), y en donde, preferiblemente, el conjunto (35) de eje es extraíble.
11. Dispositivo (1000) de giro o posicionamiento según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el eje (38) comprende un resorte (14) de reajuste mediante el cual se pueden compensar una mayor sujeción debido a la carga centrífuga ejercida sobre el mandril (10) durante la rotación y una menor precarga resultante entre el espárrago (13) de funcionamiento y el mandril (10), mediante un ajuste axial de la barra (13) de funcionamiento, provocado por el resorte de reajuste (14) para mantener o restablecer la precarga entre el mandril (10) y la varilla (13) de funcionamiento, en donde, preferiblemente, el resorte de reajuste (14) está dispuesto entre el espárrago (13) de funcionamiento y el eje de husillo (38), para que sea comprimible con un movimiento de liberación del espárrago (13) de funcionamiento o del mandril (10), y preferiblemente tiene forma de resorte helicoidal.

Dispositivo (1000) de giro o posicionamiento según la reivindicación 11, caracterizado porque es realizable un agarre rápido de una pieza (2) que ya está insertada en una cavidad (3) de sujeción del eje (38), y que aún no está sujeta mediante un movimiento del espárrago (13) de funcionamiento que se efectúa mediante liberación de tensión del resorte (14) de reajuste y un movimiento del espárrago (13) de funcionamiento realizado por el resorte (14) de reajuste.

Dispositivo (1000) de giro o posicionamiento según una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque la barra (17) de bloqueo y liberación está soportada por un cojinete (174) de barras que hay entre la barra (17) de bloqueo y liberación y el eje (38), en donde, preferiblemente, el cojinete (174) de barras es un cojinete gasostático, gasodinámico, fluidostático o fluidodinámico.

Dispositivo (1000) de giro o posicionamiento según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque un sello (133) de espárrago está dispuesto entre el espárrago (13) de funcionamiento y el eje (38), para sellar una parte del orificio pasante (37) de eje desde el extremo de la cavidad (3) de sujeción del eje (38) en dirección a la pieza a sujetar.

Método para sujetar una pieza (2) a sujetar en una cavidad (3) de sujeción, en donde el bloqueo de un dispositivo (1) de sujeción en la cavidad (3) de sujeción se logra moviendo un espárrago (13) de funcionamiento que tiene al menos una sección cónica externa (131, 132) en dirección del movimiento (MSuj) de sujeción dentro de un mandril (10) que se mueve radialmente hacia fuera, para sujetar la pieza (2) a sujetar,

en donde el mandril (10) se autobloquea de forma reversible mediante la fijación de

- el mandril (10) o una pieza entre el mandril (10) y el espárrago (13) de funcionamiento,

- y el espárrago (13) de funcionamiento

entre sí, caracterizado porque el espárrago de funcionamiento tiene dos secciones cónicas externas para la interacción con el mandril, en donde cada una de las secciones cónicas externas es autobloqueante.