ES2381255T3 - Resorte de combinación de gran fuerza y largo recorrido. - Google Patents
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Abstract
Resorte de combinación (10) que comprende: un primer resorte (12); un segundo resorte (14) que tiene una constante de elasticidad diferente de la de dicho primer resorte; un émbolo (26) asociado a dicho primer resorte y que se adentra en dicho primer resorte hacia un elemento de reborde intermedio (20); caracterizado porque dicho émbolo tiene un vástago (22) en su interior que se extiende a través de una abertura en un primer extremo de dicho émbolo y a través de una abertura en dicho elemento de reborde intermedio; dicho resortes primero y segundo están dispuestos extremo con extremo con dicho elemento de reborde intermedio (20) acoplando los extremos yuxtapuestos de dichos resortes primero y segundo; dicho primer extremo del émbolo está configurado para moverse para hacer tope con dicho elemento de reborde intermedio de modo que dicho émbolo no pueda ir más allá de dicho elemento de reborde intermedio; dicho émbolo (26) tiene una distancia de recorrido predeterminada y a partir de entonces con un movimiento adicional puede comprimir dicho segundo resorte; un segundo extremo de dicho émbolo está configurado para comprimir dicho primer resorte hacia dicho elemento de reborde intermedio cuando se aplica una fuerza a dicho émbolo; y en el que dicho vástago (22) tiene al menos una primer sección (28) y una segunda sección (30), teniendo dicha primer sección un diámetro que impide que dicha primera sección pase a través de dicho elemento de reborde intermedio, y teniendo dicha segunda sección un diámetro que permite que dicha segunda sección pase a través de dicho primer extremo de dicho émbolo y a través de dicho reborde intermedio.
Description
Resorte de combinación de gran fuerza y largo
recorrido.
Esta invención se refiere a resortes y más
particularmente a resortes de compresión mecánica como los usados
para proporcionar una fuerza de retomo tal como en troqueles
accionados por levas.
En las herramientas accionadas por levas
instaladas en troqueles en prensas de conformado, se acciona un
deslizador mediante el movimiento de la prensa para impulsar una
herramienta usada para formar una característica en una pieza.
Uno o más resortes de retorno se comprimen según
se hace avanzar la herramienta por una actuación de levas producida
por el deslizador. Cuando las platinas de prensa se separan, el
resorte o los resortes comprimidos actúan para retraer el
deslizador.
En el conformado de metal, a veces se necesita
una fuerza considerable para extraer una herramienta perforadora de
la pieza, de manera que se requiere una gran fuerza de resorte de
retorno al inicio del movimiento de retorno. Al mismo tiempo, se
requiere un recorrido de deslizamiento sustancial. Los resortes en
espiral muy duros tienen limitado el recorrido disponible para un
espacio dado debido a la gruesa sección transversal requerida para
desarrollar una constante de elasticidad alta.
Esta combinación requerida de largo recorrido y
fuerzas de pico muy altas ha conducido al desarrollo y uso de
resortes de "nitrógeno" en los que el nitrógeno comprimido se
sella en una cámara, y se comprime adicionalmente mediante un pistón
que tiene una varilla de proyección sometida a una carga, que crea
un resorte de fluido.
Los resortes de nitrógeno pueden generar fuerzas
considerables mientras que permiten un recorrido sustancial, y se
usan ampliamente como resortes de retorno en unidades de levas de
troquel.
Sin embargo, los resortes de nitrógeno tienen
varias desventajas, incluyendo su alto coste inicial y su necesidad
de reparaciones frecuentes, y el hecho de que no son posibles
frecuencias de ciclo altas debido al excesivo calor que se
forma.
Estos resortes de nitrógeno deben precargarse
con nitrógeno a alta presión para tener una alta constante de
elasticidad inicial.
Esta alta constante de elasticidad inicial crea
una fuerza de choque alta cuando la unidad de leva se hace impactar
por el impulsor de leva dado que existe una resistencia inicial
relativamente alta al movimiento de leva provocada por la precarga
del resorte de nitrógeno.
Estas desventajas de los resortes de nitrógeno
conducen al desarrollo de un conjunto de resortes de fuerza variable
descrito en la patente estadounidense nº 5.390.903, asignada al
mismo cesionario que la presente solicitud.
El diseño dado a conocer en la patente
estadounidense n.º 5.390.903 aloja resortes de durezas diferentes en
carcasas telescópicas que se disponen para comprimir sucesivamente
los resortes, que se encajan conjuntamente, permitiendo un amplio
intervalo de movimientos con pequeñas fuerzas desarrolladas
inicialmente y fuerzas muy altas desarrolladas al final de la
carrera. Un conjunto de resortes Belleville se usa como resorte de
constante alta.
La inclusión de carcasas mecanizadas y otros
componentes hace que el dispositivo sea relativamente caro de
fabricar, y no se adapta con facilidad a las diversas aplicaciones
dado que las carcasas y otros componentes deben rediseñarse para
cada aplicación. Además, los resortes Belleville usados no son
adecuados para altas frecuencias de ciclo, dado que son habituales
los fallos por fatiga cuando los resortes Belleville se someten a
tal servicio.
Por este motivo, no ha habido hasta este momento
ninguna disposición de resorte mecánico disponible que haya tenido
éxito comercial como alternativa a los resortes de nitrógeno.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar una combinación de resorte mecánico que tenga un gran
recorrido, con una constante de elasticidad inicial baja durante un
intervalo inicial de compresión y que desarrolle una fuerza de
resorte alta a través de un segundo intervalo de compresión más
corto de la combinación de resorte.
El documento DE 738 791 C da a conocer un
resorte según el preámbulo de la reivindicación 1.
El objetivo mencionado anteriormente y otros
objetivos que resultarán evidentes tras leer la memoria descriptiva
y las reivindicaciones siguientes se logran combinando dos resortes
en una relación en serie extremo con extremo, teniendo cada resorte
una constante de elasticidad sustancialmente diferente.
Un émbolo puede deslizarse dentro del resorte de
menor constante cuando el resorte de menor constante se comprime por
un reborde en el extremo superior del émbolo. El émbolo a su vez
puede deslizarse sobre un vástago que se proyecta desde el otro
extremo del resorte de combinación a través del resorte de mayor
constante y se adentra en el émbolo. El vástago tiene un primer
reborde fijado al mismo que hace tope con el extremo inferior del
resorte de constante alta y un reborde intermedio sobre el resorte
de mayor constante se sujeta contra el otro extremo del resorte de
mayor constante asentándose sobre un apoyo en el vástago.
El émbolo se mueve para hacer tope con el
segundo reborde sujeto contra el extremo superior del resorte de
mayor constante tras una longitud de recorrido predeterminada, y a
partir de entonces comienza a comprimir únicamente el resorte de
mayor constante durante el resto de su carrera.
El resorte de mayor constante de elasticidad se
precarga normalmente por el segundo reborde hasta un grado tal que
no se curve por la presión ejercida por el resorte de menor
constante y no se comprima adicionalmente, hasta que el émbolo se
acopla con el reborde intermedio. Alternativamente, el resorte de
mayor constante puede precargarse en una menor medida para permitir
que se curve al mismo tiempo que el resorte de menor constante una
vez se alcanza el nivel de precompresión de la constante de
elasticidad más alta cuando se influye en una constante de
elasticidad compuesta hasta que se produce el tope del émbolo contra
el reborde intermedio, ya continuación se comprime el único resorte
de mayor constante.
En una segunda realización, unos conjuntos de
resortes separados que tienen cada uno un émbolo, vástago conector,
y rebordes de precompresión se conectan conjuntamente extremo con
extremo según un vástago de acoplamiento de ajuste por presión que
se hace coincidir con diámetros interiores en rebordes adyacentes.
Esto permite proporcionar fácilmente diferentes combinaciones de
diversos resortes para adecuarse a las diferentes aplicaciones.
La figura 1 es una vista lateral de un resorte
de combinación según la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección parcial del
resorte de combinación mostrado en la figura 1.
La figura 3 es una vista en sección parcial del
resorte de combinación mostrado en las figuras 1 y 2 con el émbolo
dentro del resorte de menor constante movido para hacer tope con el
reborde superior para crear a partir de entonces una compresión del
resorte de mayor constante mediante el recorrido continuado del
émbolo.
La figura 4 es una vista en sección parcial del
resorte de combinación mostrado en las figuras 1-3
con ambos resortes completamente comprimidos.
La figura 5 es una vista en sección parcial de
una variación del resorte de combinación mostrado en las figuras
1-4.
La figura 6 es una vista en sección parcial de
otra variación del resorte de combinación mostrado en las
figuras
1-4.
1-4.
La figura 7 es una vista en sección parcial de
un conjunto de troqueles que tiene un resorte de combinación según
la presente invención instalado en el mismo.
La figura 8 es una vista en despiece ordenado en
sección parcial de un ejemplo ilustrativo de un resorte de
combinación.
La figura 9 es un diagrama que representa las
características de fuerza-curvatura de un resorte de
combinación habitual según la presente invención y para comparar una
característica de un resorte de nitrógeno convencional.
La figura 10 es un diagrama de otra curva de
fuerza-curvatura para una combinación de resorte que
crea tres etapas de constantes de elasticidad efectivas.
En la siguiente descripción detallada, se
empleará cierta terminología especifica en pro de la claridad y una
realización particular descrita según los requisitos de 35 USC 112,
pero debe entenderse que no se pretende que sea limitativa y no debe
interpretarse así ya que la invención puede adoptar muchas formas y
variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Con referencia a los dibujos, y particularmente
a las figuras 1-4, se muestra un resorte de
combinación 10 según la presente invención, que incluye dos resortes
de compresión alargados de constante diferente arrollados
helicoidalmente en espiral 12 y 14 conectados entre sí extremo con
extremo.
Cada resorte 12, 14 se mantiene comprimido entre
los respectivos rebordes de extremo 16, 18 y un reborde intermedio
común 20.
El reborde de extremo 16 se sujeta al reborde
intermedio común 20 por un vástago de diámetro escalonado 22 que
tiene una cabeza 24 que puede deslizarse dentro de un émbolo 26
conectado al reborde de extremo asociado 16.
El émbolo 26 tiene una abertura en su extremo
inferior en la que encaja de manera deslizable una sección de mayor
diámetro 28 del vástago 22, que permite al émbolo 26 deslizarse
hacia abajo cuando se hace avanzar el reborde 16 para comprimir el
resorte de menor constante 12 hasta que se mueve para hacer tope con
la superficie superior del reborde intermedio 20.
La sección de menor diámetro 30 del vástago 22
se extiende a través de un orificio en el reborde intermedio 20 con
un ajuste deslizable, que permite al reborde 20 moverse hacia abajo
cuando se comprime el resorte de mayor constante 14.
La sección del vástago de menor diámetro 30 se
extiende dentro del resorte de mayor constante 14 hasta el reborde
de extremo 18, al que se fija por una soldadura de tapón. Esto evita
que el reborde intermedio 20 se aleje, lo que permite una
precompresión del resorte de mayor constante 14. El reborde de
extremo 18 tiene un tapón piloto 32 que se extiende hasta el extremo
inferior del resorte de mayor constante 14.
El resorte de combinación 10 se monta en una
instalación de modo que los dos rebordes de extremo 16, 18 pueden
comprimirse conjuntamente.
Los resortes de constantes diferentes pueden
sustituirse fácilmente en la combinación para permitir alcanzar
diferentes requisitos de resorte a un coste muy bajo, y proporcionar
fácilmente diferentes ajustes de extremo según se requiera para
una aplicación dada.
En la primera etapa de compresión, el resorte de
menor constante 14 se comprime contra el reborde intermedio 20,
mantenido en posición por la precompresión del resorte de mayor
constante de elasticidad 14. Cuando el extremo inferior del émbolo
26 entra en contacto con el reborde intermedio 20, según se ve en la
figura 3, tras recorrer una distancia X, este tope positivo evita
la compresión adicional del resorte de menor constante 12, y a
partir de entonces únicamente se produce la compresión del resorte
de mayor constante 14 con la compresión continuada del resorte de
combinación 10.
El émbolo 26 empuja el reborde intermedio 20
fuera del apoyo sobre el vástago de diámetro escalonado 22 como se
ve en la figura 4 para iniciar la compresión del resorte de mayor
constante 14.
La figura 9 muestra la curva de
fuerza-curvatura para el resorte de combinación 10
de la presente invención. Si la precompresión del resorte de mayor
constante 14 es lo suficientemente alta como para superar la fuerza
pico que existe cuando la compresión del resorte de menor
constante 12 cesa, entonces se obtienen dos segmentos diferentes
32A, 32B de la curva.
Una curva 34 de un resorte convencional de
nitrógeno se muestra también como comparación.
En la figura 10, la compresión inicial del
resorte de menor constante 12 está trazada en el segmento 36A.
Si la precompresión del resorte de constante
alta 14 se regula para ser menor que en el ejemplo anterior de
manera que la fuerza en el resorte de menor constante 12 sobrepase
la fuerza del resorte de mayor constante en algún momento durante la
compresión del resorte de menor constante 12, la curvatura del
resorte de mayor constante comenzará en el punto X como se ve en la
figura 10 con la curvatura del resorte de menor constante 12
continuando al mismo
tiempo.
tiempo.
Por tanto, existe una constante de elasticidad
compuesta menor desde el punto X al punto Y representada como el
segmento 36B. El tope del émbolo 26 se produce en el punto Y.
A partir de entonces, la mayor constante de
elasticidad del resorte 14 es la que controla, representada por el
segmento 36C.
El resorte de combinación 10 puede rediseñarse
fácilmente para otras aplicaciones, cambiando simplemente las
dimensiones de las piezas físicas relativamente simples, es decir,
el émbolo 26, el vástago 22A, y sustituyendo los diferentes resortes
12A, 14A como en el resorte de combinación 10A mostrado en la figura
5.
Una distancia de recorrido de émbolo diferente
X_{1} también puede regularse fácilmente. Puede proporcionarse una
pequeña separación para eliminar cualquier precompresión del resorte
de menor constante 12, si se desea.
Pueden incluirse diferentes características de
extremo, como la característica de extremo piloto 32 mostrada en la
figura 5.
Una característica piloto de este tipo 32 puede
proporcionarse en un extremo y una extensión tubular 34 en el otro
extremo en el resorte de combinación 10B mostrado en la figura
6.
La figura 7 muestra otra variación del resorte
de combinación 10C según la invención instalada en una unidad de
leva 40 adaptada para instalarse en una prensa (no mostrada). Tales
unidades de leva 40 incluyen un impulsor 42 sobre una platina de
prensa superior que activa por leva un cuerpo de herramienta 44
deslizable sobre una placa 46 montada sobre una platina de prensa
inferior de manera bien conocida en la técnica.
El cuerpo 44 se mueve con respecto al impulsor
42 cuando la prensa se acciona cerrando el espacio 45.
Se crea una fuerza de extracción de retorno
mediante un resorte de combinación 10C instalado en una cavidad 50
formada en el cuerpo de herramienta 44 que se extiende en la
dirección de movimiento relativo entre el impulsor 42 y el cuerpo 44
de modo que este movimiento relativo comprimirá el resorte de
combinación 10C.
El resorte de combinación 10C incluye un
saliente 52 solidario con el reborde intermedio 20C que se extiende
dentro del resorte de constante alta 14C, y un saliente 54 solidario
con el reborde de extremo 18 que también se extiende dentro del
resorte de constante alta 14C.
El resorte de combinación 10C está en buena
parte confinado y sostenido dentro del diámetro interior 50. La
parte que sobresale del resorte de constante baja 12C está
sostenida internamente por el émbolo 26C, para eliminar toda
tendencia a la deformación.
Un tapón desmontable 56 está roscado en el
extremo inferior del diámetro interior 50 y junto con un anillo de
retención 58, resiste la fuerza ejercida cuando el resorte de
combinación 10C está completamente comprimido.
Otras disposiciones para proporcionar un cierre
desmontable para el diámetro interior 50 se describen en la
solicitud estadounidense en tramitación junto con la presente n.º
10/954.960, presentada el 24 de septiembre de 2004.
Con referencia a la figura 8, se muestran dos
conjuntos de resortes individuales separados 60A, 60B que pueden
conectarse fácilmente entre sí para formar un resorte de combinación
según un ejemplo ilustrativo. Esto permite llevar a cabo
convenientemente una amplia variedad de combinaciones de
resorte.
En esta disposición, cada conjunto 60A, 60B
sujeta un respectivo resorte en espiral de compresión 62A, 62B entre
un par de rebordes de extremo 64A, 66A y 64B, 66B.
Cada reborde 64A, 64B, 66A, 66B tiene un
refuerzo solidario 68A, 70A, 68B, 70B que se adentra en el resorte
asociado 62A o 62B.
Un vástago con cabeza 72A, 72B se aloja en un
diámetro interior en cada refuerzo 68A, 68B, 70A, 70B, la parte de
cabeza 74A, 74B deslizable en el saliente exterior 70A, 70B. La
parte de espiga 76A, 76B se conecta por soldadura en el saliente
opuesto 70A, 68B. Esto inmoviliza los resortes 62A, 62B entre los
pares asociados de rebordes 64A, 66A y 64B, 66B.
Por tanto, los rebordes alejados exteriores 64A,
64B pueden chocar libremente para comprimir los resortes 62A, 62B
respectivamente a la distancia permitida por el espaciamiento A,
B.
Cada conjunto de resortes 60A, 60B puede
conectarse fácilmente mediante un vástago de acople 76 ajustado a
presión en los orificios escariados 78A, 78B en rebordes adyacentes
66A, 64B.
Por tanto, pueden inventariarse y combinarse
varios conjuntos de resorte en cualquier combinación adecuada a una
aplicación particular.
Pilotos opcionales 80A, 80B pueden ajustarse a
presión en las bases de los rebordes opuestos 64A y 66B.
Los resortes de uretano u otros resortes de
compresión pueden ser importantes para los resortes en espiral
mostrados, aunque se prefieren los resortes en espiral.
Claims (6)
1. Resorte de combinación (10) que
comprende:
un primer resorte (12);
un segundo resorte (14) que tiene una constante
de elasticidad diferente de la de dicho primer resorte;
un émbolo (26) asociado a dicho primer resorte y
que se adentra en dicho primer resorte hacia un elemento de reborde
intermedio (20);
caracterizado porque
dicho émbolo tiene un vástago (22) en su
interior que se extiende a través de una abertura en un primer
extremo de dicho émbolo y a través de una abertura en dicho elemento
de reborde intermedio;
dicho resortes primero y segundo están
dispuestos extremo con extremo con dicho elemento de reborde
intermedio (20) acoplando los extremos yuxtapuestos de dichos
resortes primero y segundo;
dicho primer extremo del émbolo está configurado
para moverse para hacer tope con dicho elemento de reborde
intermedio de modo que dicho émbolo no pueda ir más allá de dicho
elemento de reborde intermedio;
dicho émbolo (26) tiene una distancia de
recorrido predeterminada y a partir de entonces con un movimiento
adicional puede comprimir dicho segundo resorte;
un segundo extremo de dicho émbolo está
configurado para comprimir dicho primer resorte hacia dicho elemento
de reborde intermedio cuando se aplica una fuerza a dicho
émbolo;
y en el que dicho vástago (22) tiene al menos
una primer sección (28) y una segunda sección (30), teniendo dicha
primer sección un diámetro que impide que dicha primera sección pase
a través de dicho elemento de reborde intermedio, y teniendo dicha
segunda sección un diámetro que permite que dicha segunda sección
pase a través de dicho primer extremo de dicho émbolo y a través de
dicho reborde intermedio.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Resorte de combinación según la
reivindicación 1, que comprende además un primer reborde de extremo
(16) dispuesto en un extremo de dicho primer resorte opuesto a un
extremo de elemento de reborde intermedio de dicho primer
resorte.
3. Resorte de combinación según la
reivindicación 2, que comprende además un segundo reborde de extremo
(18) dispuesto en un extremo de dicho segundo resorte opuesto a un
extremo de elemento de reborde intermedio de dicho segundo
resorte.
4. Resorte de combinación según la
reivindicación 1, en el que la fuerza de dicho segundo resorte
sobrepasa la fuerza de dicho primer resorte en algún punto durante
la compresión del segundo resorte.
5. Resorte de combinación según la
reivindicación 1, en el que la fuerza de dicho segundo resorte nunca
sobrepasa la fuerza de dicho primer resorte durante la compresión
del segundo resorte de modo que el segundo resorte no se comprime
hasta que el primer resorte se comprime sustancialmente por completo
según se determina mediante las posiciones relativas de émbolo y
reborde.
6. Unidad de leva que tiene un resorte de
combinación según la reivindicación 1.
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