DISPOSITIVO PARA CONTROLAR LA FUERZA DE APRIETE DE UN ATORNILLADOR NEUMÁTICO
La presente invención se ocupa del perfeccionamiento en la manipulación de atornilladores neumáticos de operación manual . Durante la fabricación y el montaje de productos frecuentemente son necesarios procesos de atornillado, que se llevan a cabo usando atornilladores neumáticos de operación manual. Estos atornilladores neumáticos son aparatos de atornillar equipados con un motor de aire comprimido que se opera con aire comprimido como fuente de energía. La conexión y desconexión del motor neumático tiene lugar en forma manual como, por ejemplo, mediante el accionamiento de un interruptor al aplicar el atornillador neumático a un tornillo que deberá atornillarse a un componente . Convenientemente el atornillador neumático se suspende de un dispositivo de sujeción equipado con un medio de impulsión capaz de producir una fuerza de elevación opuesta a' la fuerza del peso del atornillador neumático. De esta manera es posible lograr que el atornillador neumático esté suspendido de manera flotante y
se pueda jalar hacia abajo hacia el producto a ser atornillado sin un gran esfuerzo. Si bien es cierto que esta forma de manipulación de un atornillador neumático de operación manual ya posee muchas ventajas, adolece no obstante de algunas desventajas. Así, el proceso de atornillar un tornillo es extremadamente agotador, en particular debido a la naturaleza repetitiva de la operación, y puede provocar dolores del brazo y la espalda, lo cual finalmente tiene por consecuencia una cierta negligencia del operario, lo que a su vez puede resultar en una mala calidad de la unión atornillada a ser efectuada. La presente invención se ha propuesto la tarea de facilitar y simplificar la manipulación de un atornillador neumático durante la ejecución de procesos de atornillado. Este problema se soluciona con un dispositivo para controlar la fuerza de apriete de un atornillador neumático de operación manual suspendido de manera verticalmente móvil por medio de un dispositivo de sujeción, que comprende un medio de impulsión para ejercer una fuerza de elevación opuesta a la fuerza de peso del atornillador neumático, y medios de control capaces de provocar una reducción o desconexión de la fuerza de elevación debido a la respuesta del medio de impulsión a
una cierta caída de la presión de operación del atornillador neumático. De esta manera es posible llevar a cabo los procesos de atornillado con un atornillador neumático de manera muy ergonómica y sin fatiga, lo cual da por resultado productos de alta calidad incluso después de largos períodos de trabajo. La invención se basa en el conocimiento de que durante la operación de un atornillador neumático la presión de operación que se le suministra sufre una ligera caída, misma que registran los medios de control y que se puede usar como un disparador para disminuir o incluso" desconectar totalmente la fuerza de elevación producida por el medio de impuA_ón. Esto tiene por consecuencia que inmediatamente después de poner en operación el atornillador neumático, su fuerza de peso y las fuerzas de peso del dispositivo de sujeción que eventualmente recaen sobre el atornillador neumático ya no se compensan, de manera que la fuerza de apriete con la que el atornillador neumático es presionado hacia abajo en contra del tornillo a ser atornillado se incrementa considerablemente sin esfuerzo del operario. En el caso de una total' desconexión de la fuerza de elevación el atornillador neumático empuja con toda su fuerza de peso contra el tornillo a ser atornillado, de manera que se alivia considerablemente al operario. Si se trata de un
atornillador neumático que para ser activado necesita ser apretado con una cierta fuerza contra el tornillo a ser atornillado, es posible ajustar el sistema de manera que durante la totalidad del proceso de atornillado el operario solo tiene que aportar la fuerza de apriete necesaria para la activación, en tanto que la fuerza de apriete mayor que se requiere para el proceso de atornillado es proporcionada a continuación por el sistema. Los refinamientos favorables de la invención se derivan de las reivindicaciones subordinadas . Después de "terminado un proceso de atornillado y de la desactivación del atornillador neumático, la presión de operación aumenta inmediatamente al valor de partida. Los medios de control preferiblemente están en condiciones de provocar un nuevo aumento o respectivamente una reconexión de la fuerza de elevación en el caso de un aumento de presión de esta índole, de manera que después de desconectar el atornillador neumático prevalecen las mismas condiciones que antes de la puesta en operación. O sea que después de la estabilización de la presión de operación se vuelve a apoyar en la medida deseada el movimiento vertical del atornillador neumático. Para detectar la caída de presión los medios de control poseen convenientemente un sensor de presión que se encuentra intercalado en el conducto de aire que alimenta
al atornillador neumático el aire comprimido necesario para la operación. A este respecto es posible proporcionar el sensor de presión tanto en el tramo de conducto que se extiende al exterior del atornillador neumático como también en el tramo que se extiende en el interior del atornillador neumático. En particular también existe la posibilidad de proporcionar el sensor de presión directamente en el atornillador neumático o integrarlo en este. Como medio de impulsión se proporciona en particular un cilindro de trabajo de acción sencilla o de doble acción, siendo que se trata preferiblemente de un cilindro neumático. Este comprende una cámara de trabajo a que puede recibir un fluido de trabajo, en particular aire comprimido, para producir la fuerza de elevación, siendo que los medios de control comprenden un dispositivo de válvula de control que influye en la presión que reina en la cámara de trabajo en función del nivel de la presión de operación. Convenientemente el dispositivo de válvula de control se acopla a un sensor de presión con la cual coopera para efectos de funciones de control, el cual se intercala en el conducto de aire que alimenta la presión de operación al atornillador neumático, de manera que se puede
actuar en función de la señal de detección producida por el sensor de presión. El dispositivo de válvula de control puede contener un regulador de presión. Este se puede emplear en particular para poder ajustar de manera variable el grado de reducción de la fuerza de elevación. Preferiblemente el atornillador neumático se dispone en un paralelograma de varillaje del dispositivo de sujeción, y en particular se coloca en un alojamiento que sin modificación de su orientación en el espacio se puede hacer descender y subir de manera vertical, de manera que también el atornillador neumático tiene siempre la misma orientación. A continuación se explica con mas detalle la invención en base al dibujo anexo. La única figura muestra en representación esquemática el dispositivo de control realizado en conexión con un atornillador neumático de operación manual en una modalidad preferida. La figura muestra una vista general de un instrumento 1 de trabajo que se emplea en particular en la técnica de fabricación y montaje para producir uniones atornilladas . El instrumento 1 de trabajo tiene un dispositivo
2 de soporte solamente representado en forma esquemática, en el cual se proporciona una parte 3 de fijación mediante
la cual se puede fijar estacionaria en el área de trabajo del instrumento 1 de trabajo, por ejemplo en el piso o en una pared. En la parte 3 de fijación se monta en pivote una pluma 4 que puede tener uno o varios puntos de articulación o puntos de giro, de manera que se puede desviar verticalmente, o sea que ortogonal con respecto al plano de dibujo en el mismo. En la pluma 4 del dispositivo 2 del soporte se dispone en la porción de su extremo libre un dispositivo 5 de sujeción en el cual se sujeta - en particular de manera removible - un atornillador 6 neumático de operación manual . El atornillador 6 neumático tiene una forma alargada en el ejemplo de realización y se configura en forma de varilla. Sé fija de tal manera al dispositivo 5 de sujeción que su cara 8 frontal provista con una herramienta
7 de atornillar apunta vertical hacia abajo. El atornillador 6 neumático está provisto con un motor 12 neumático diseñado en particular como motor de delgas. Este está en condiciones de impulsar a la herramienta 7 de atornillado con un movimiento de rotación alrededor de su eje' 13 longitudinal. La dirección de giro depende de que con el atornillador 6 neumático se deba
atornillar o desatornillar un tornillo 14 en o de una rosca 15 de un componente 16. Usualmente el componente 16 respectivo se coloca de tal manera sobre una base 17 ó se alinea de cualquier otra manera que permita que la rosca 15 asociada al tornillo 14 tenga orientación vertical y el tornillo 14 se pueda atornillar o desatornillar desde arriba en dirección vertical. Por consiguiente el atornillador 6 neumático se orienta de manera que el eje 13 longitudinal de su herramienta 7 de atornillar se extiende en dirección vertical . La base 17 • puede ser, por ejemplo, un banco de trabajo, una mesa de trabajo de otro tipo o una banda de transporte de una línea de montaje. El atornillador 6 neumático está suspendido de manera que se puede mover en forma vertical por medio del dispositivo 5 de sujeción. El movimiento vertical se indica mediante una flecha 18 doble. Durante el uso el operario sostiene el atornillador 6 neumático con una mano y lo jala hacia abajo o lo empuja hacia arriba de la manera deseada, de acuerdo a la flecha 18 doble. Durante este movimiento vertical el atornillador 6 neumático es guiado por el dispositivo 5 de sujeción. Este convenientemente también se encarga de que
el atornillador 6 neumático no modifique su orientación en el espacio durante el movimiento vertical . Para poder asegurar esto, en el dispositivo 5 de sujeción se proporciona un alojamiento 22 que soporta al atornillador 6 neumático, alojamiento que durante el movimiento vertical del atornillador 6 neumático también se mueve verticalmente conservando durante esto su orientación en el espacio. El alojamiento 22 convenientemente esta constituido por una varilla del paralelograma 23 de varillaje del dispositivo 5 de sujeción o se localiza en una de ellas a la que se encuentran articulados dos brazos
24a, 24b de sujeción paralelos uno a otro y que se encuentran superpuestos, los cuales en el lado opuesto del alojamiento 22 se montan en pivote en un pie de fijación asegurado a la pluma 4. Cuando el atornillador 6 neumático lleva a cabo un movimiento vertical los brazos 24a, 24b de sujeción basculan correspondientemente hacia arriba o hacia abajo, alrededor de sus puntos de pivote en el pie 25 de fijación. Para simplificar la manipulación del atornillador
6 neumático y en particular mantener tan bajo como sea posible el esfuerzo requerido para el movimiento 18 vertical, el instrumento 1 de trabajo está equipado con un dispositivo de control que se designa en su totalidad con el símbolo de referencia 26.
El dispositivo 26 de control contiene un mecanismo 27 de impulsión que está en condición de producir una fuerza de elevación FH orientada hacia arriba, opuesta a la fuerza de peso FG del atornillador 6 neumático que actúa hacia abajo. En particul -" es posible operar el mecanismo 27 de impulsión de manera que la fuerza de peso FG se compensa completamente mediante la fueua de elevación FH producida, independientemente de la posición vertical momentánea del atornillador 6 neumático, de manera que en cada posición de altura ajustada, el atornillador 6 neumático se encuentra en equilibrio de fuerza vertical y conserva su posición "de altura momentánea. Por consiguiente es extremadamente baja la fuerza de operación que se requiere para hacer descender o elevar al atornillador 6 neumático. Adicionalmente se proporcionan en el dispositivo 26 de control medios de control que en su totalidad se designan con el símbolo de referencia 28, los cuales permiten un control de la fuerza de apriete vertical requerida durante el proceso de atornillado y que solamente pueden influir en función del estado de operación del atornillador 6 neumático si el atornillador 6 neumático se presiona o no hacia abajo con una fuerza de apriete FD de determinada magnitud.
El atornillador 6 neumático es alimentado con aire comprimido por una fuente 32 de presión. Su motor 12 neumático está en comunicación con esta fuente 32 de presión a través de un conducto 33 de aire. Mediante un interruptor no mayormente representado del atornillador 6 neumático que acciona una válvula de mando que se proporciona en el atornillador neumático o está configurada como componente de -este, es posible abrir o cerrar a discreción la alimentación de aire del motor 12 neumático. En el ejemplo de realización el atornillador 6 neumático está configurado de manera que la válvula de mando normalmente adopta una posición de cierre y solo conmuta a la posición abierta cuando el atornillador 6 neumático se aprieta con la herramienta 7 de atornillar con una determinada fuerza de activación contra un tornillo 14 que deberá ser atornillado o desatornillado. De esta manera es posible prescindir de un interruptor que se acciona por separado. En el curso del conducto 33 de aire dentro o fuera del atornillador 6 neumático se intercala un sensor 34 de presión. Este esta en condición de captar ciertas variaciones de la presión de operación que reina en el conducto 33 de aire. El dispositivo 24 de impulsión está formado en el ejemplo de realización por un cilindro de trabajo,
específicamente en particular por un cilindro neumático que se puede operar con aire comprimido como fluido de operación. El cuerpo 35 del mecanismo 27 de impulsión se fija de manera articulada al pie 25 de fijación y contiene un émbolo 36 conectado con una varilla 37 del émbolo que sobresale del cuerpo 35, y que ataca de manera articulada en uno de los brazos 24a, 24b de sujeción, convenientemente en el brazo 24a de sujeción inferior. El émbolo 36 delimita en el interior del cuerpo 35 una cámara 38 de trabajo por el lado orientado hacia la varilla 37 del émbolo. Mediante el peso del atornillador 6 neumático y los otros componentes del dispositivo 5 de sujeción que actúan sobre la varilla del émbolo, la varilla 37 de sujeción es impulsada en la dirección de salida, y consecuentemente el émbolo 36 en el sentido de una reducción de volumen de la cámara 38 de trabajo. Un mecanismo 42 de la válvula de mando del dispositivo 26 de control se alimenta a través de un conducto 43 de fluido con el fluido de operación requerido para la operación del mecanismo 27 de impulsión. Puesto que en el caso del fluido de operación se trata en este caso de aire comprimido, es posible recurrir a la misma fuente 32 de presión que se usa para la operación del atornillador 6 neumático.
El mecanismo 42 de la válvula de mando está en comunicación fluida con la cámara 38 de trabajo a través de un conducto 44. El mecanismo 42 de válvula de mando contiene convenientemente un regulador de presión que mantiene constante en un valor preestablecido la presión que se entrega al conducto 44 y se alimenta a la cámara 38 de trabajo. El regulador de presión del mecanismo 42 de válvula de mando se puede ajustar ahora de manera que el fluido de trabajo alimentado por el lado primario a través del conducto 43 de fluido actúa siempre con la misma presión secundaria en la cámara 38 de trabajo a través del conducto 44, independientemente de la posición momentánea del émbolo 36. Mediante esto las fuerzas fluidas que impulsan al émbolo 36 son sustancialmente constantes independientemente del volumen actual de la cámara 38 de trabajo. De esta manera es posible con el auxilio de regulador de presión, ajustar las fuerzas de impulsión para el émbolo 36 de manera que se da el equilibrio de fuerzas previamente descrito entre la fuerza de elevación FH y la fuerza de peso FG independientemente de la posición de altura del atornillador 6 neumático. Para la forma de operación descrita en principio es suficiente un mecanismo 27 de impulsión en forma de un cilindro de trabajo conocido como de acción simple. La
cámara del cilindro opuesta a la cámara 38 de trabajo podría estar entonces comunicada todo el tiempo o a través de una válvula de descarga rápida con la atmósfera. Sin embargo, puede ser conveniente el uso de un cilindro de trabajo de doble acción señalado en el dibujo, para optimizar el comportamiento de regulación. El mecanismo 42 de válvula de mando se localiza convenientemente en el dispositivo 5 de sujeción, por ejemplo en el pie 25 de fijación o, como en el ejemplo de realización, en el cuerpo 35 del mecanismo 27 de impulsión. Para la transmisión de señales, el sensor 34 de presión se encuentra conectado directa o indirectamente con el mecanismo 42 de válvula de mando. Esta conexión está aclarada en el dibujo mediante una línea 45 a puntos y rayas . El sensor 34 de presión está en condición de detectar variaciones de la presión de operación en el conducto 33 de aire que conduce al motor 12 neumático. En función de la variación de la presión detectada el sensor 34 de presión puede producir una o varias señales de sensor en base a las cuales el mecanismo 42 de la válvula de mando se controla directamente, o intercalando una unidad de control electrónica. El dispositivo 26 de control está diseñado de manera que con el motor 12 neumático desactivado la presión
de trabajo existente en la cámara 38 de trabajo es tan alta que existe el equilibrio de fuerzas descrito entre la fuerza de peso FG y la fuerza de elevación FH. La presión de operación para el motor 12 neumático adopta con esto un valor nominal . Pero si ahora se activa el motor 12 neumático -en el presente caso apretando el motor 12 neumático con su herramienta 7 de atornillar contra el tornillo 14 que deberá ser atornillado o desatornillado - la presión de operación sufre una determinada caída de presión que es captada por el sensor 34 de presión. De esta manera el sensor 34 de presión produce una señal de sensor que corresponde a la caída de presión, la cual provoca una inversión del mecanismo 42 de válvula de mando, de manera que la presión de trabajo que reina en la cámara 38 de trabajo se reduce o se elimina completamente, es decir, se desconecta. Mediante " un ajuste del regulador de presión es posible preestablecer a discreción el grado de presión que reina en la cámara 38 de trabajo después de la inversión del mecanismo 42 de la válvula de mando. En el caso' mas sencillo se puede prever que la cámara 38 de trabajó se purgue completamente al comprobar la caída de presión. En todo caso con el control de conformidad con la invención se puede lograr que en el caso de una determinada caída de la presión de operación del
atornillador neumático se produzca una reducción o incluso una desconexión de la fuerza de elevación FH debida al dispositivo 27 de impulsión. Por consiguiente falta el equilibrio de fuerzas hasta ese momento existente y sobre el atornillador 6 neumático actúa una fuerza de apriete FD resultante, de manera que la herramienta 7 de atornillar interviene con el tornillo 14 a ser accionado firmemente apretada sin la intervención del operario. Cuando se termina el proceso de atornillado y por consiguiente se desconecta nuevamente el motor 12 neumático se constituye de nuevo inmediatamente en el conducto 33 de aire la presión nominal. Esto provoca una inversión del mecanismo 42 de la válvula de mando al estado de partida, de manera que la fuerza de elevación FH aumenta nuevamente al valor que reina antes de la puesta en operación del atornillador 6 neumático. De esta manera es posible lograr que después del incremento de presión de la presión de trabajo que sigue a la caída de presión exista la misma presión de elevación FH que existía antes de la caída de presión. Ahora, con el equilibrio de fuerzas es posible con mucha facilidad colocar nuevamente vertical el atornillador 6 neumático, y está disponible para el siguiente proceso de atornillado con el mismo efecto. La señal del sensor que provoca la inversión del mecanismo 42 de válvula de mando puede ser una señal
neumática o una señal eléctrica, en particular en función de la estructura del sensor 34 de presión. Se recomienda particularmente un diseño en el que en base a la caída de presión comprobada se genera una señal eléctrica del sensor que produce una inversión eléctrica del mecanismo 42 de válvula de mando .