BRPI0908677A2 - sistema para fabriação ultra-sônica, suporte e método de montagem para cornetas ultra-sônicas - Google Patents
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Abstract
SISTEMA PARA FABRICAÇÃO ULTRA-SÔNICA, SUPORTE E MÉTODO DE MONTAGEM PARA CORNETAS ULTRA-SÔNICAS
A presente invenção refere-se a um sistema para fabricação ultra-sônica, que compreende: uma corneta (30) que tem uma ressonância a uma frequência predeterminada, e um suporte (10) que compreende uma porção de contato (12) que tem uma superfície de rolamento interna, (14) um flange (18) estendendo-se para fora a partir da haste de conexão, a flange tendo um perímetro externo (20), e uma porção de montagem anular (12) fixada ao flange entre a porção de contato (12) e o perímetro externo, sendo que o suporte tem uma ressonância próxima à frequência predeterminada, sendo que a porção de contato é acoplada à cometa em um ponto onde a corneta tem um nó (36) na dita frequência predeterminada.
Description
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"SISTEMA PARA FABRICAÇÃO ULTRA-SÔNICA, SUPORTE E MÉTODO DE MONTAGEM PARA CORNETAS ULTRA-SÔNICAS" Campo da técnica A presente invenção refere-se suportes de soldagem ultra-sônica, e particularmente 5 a um suporte para uma corneta ultra-sônica linear que tem uma frequência de ressonância predeterminada com um suporte que tem basicamente a mesma frequência de ressonância.
Antecedentes A soldagem ultra-sônica é tipicamente usada para unir múltiplas partes juntas com o uso de vibrações convertidas em energia térmica.
Tipos comuns de soIdagem ultra-
. 10 sônica são soIdagens de imersão e contínuas.
Em soldagem de imersão, uma corneta ultra-sônica é imersa (passa através das partes) e transmite vibrações a uma parte superior.
Em soldagem contínua, por exemplo soIdagem de varredura OLl giratória, a corneta ultra-sônica é tipicamente estacionária ou rotativa e a parte é movida em baixo da mesma.
Soldagem ultra-sônica continua é tipicamente usada para vedar tecidos, filmes, e 15 outras partes.
Cada um dos tipos de soldagem ultra-sônica envolve uma corneta.
Cornetas ultra-sônicas conferem energia à partes a serem soldadas a um comprimento de onda, frequência e amplitude selecionados.
A corneta ressoa na frequência do transdutor ultra-sônico, energizando o mesmo, transdutores que têm uma frequência de cerca .de 20.000 Hertz são talvez o tipo mais comumente disponível comercialmente.
Por 20 exemplo, uma corneta giratória tipicamente inclui uma haste com extremidades de entrada e saída, e uma porção de soldagem montada na e coaxial com a extremidade de saida.
O diâmetro da porção de soldagem é tipicamente maior que o diâmetro da haste.
A porção de soldagem tem uma face de solda cilíndrica que tem um diâmetro que se expande e se contrai com a aplicação de energia de vibração.
Tipicamente, uma corneta giratória é
. 25 cilíndrica e gira em torno de um eixo longitudinal.
A vibração de entrada está na direção axial e a vibração de saida está na direção radial.
A corneta e a bigoma são convenientemente montadas próximas uma a outra, e a bigorna pode girar em uma direção oposta a da corneta.
A parte (ou partes) a serem soldadas passam entre as superfícies cilindricas a uma velociclade linear, igual a velocidade tangencial das superfícies cilindricas. 30 Conforme seria esperado, o fato de que a corneta está sendo submetida a vibração intensa resulta no problema de se manter um controle sobre a mesma durante o funcionamento.
Tipicamente, dois métodos são usados para se suportar uma cometa uitra-sônica: suporte nodular e suporte não-nodular.
Um nó é uma posição da corneta que tem deslocamento zero em uma ou mais direções.
Conforme usado em relação às cornetas nesta pedido, um nó é um 35 ponto ou região em uma corneta ultra-sônica onde o deslocamento longitudinal é desprezível ou zero, e o deslocamento radial está em seu ou próximo ao seu máximo quando a cometa está
2 /4 em ressonância.
Um antinó é um ponto ou região onde o deslocamento longitudinal está em seu ou próximo ao seu máximo e o deslocamento radial está em seu ou próximo ao seu minimo.
A patente co-atribuída U.S. n° 6.786.384, "Ultrasonic Horn Mount", que está aqui incorporada, por referência, apresenta um suporte eficaz para uma corneta ultra-sônica 5 giratória que tem uma frequência de ressonância predeterminada.
O suporte apresentado tem por si só quase a mesma frequência de ressonância, de tal modo que o suporte é dirigido pela corneta que ele está segurando, de tal forma que o deslocamento radial conferido pela corneta ao suporte é dissipada de tal modo que uma superfície de rolamento externa é deixada amplamente sem movimento (em um sentido radial, durante o funcionamento ela é circunferencialmente rotativa). lnfelizmente, esta descrição não oferece ajuda em relação ao suporte de uma corneta linear para soldagem por varredura.
A técnica seria avançada ao fornecer as vantagens de um suporte nodular ressonante a uma corneta de soldagem linear.
Sumário Aqui descrito está um suporte nodular ressonante particularmente adequado para cornetas lineares.
Em uma modalidade, a descrição descreve um sistema para fabricação ultra- sônica que tem uma corneta que tem uma ressonância a uma frequência predeterminada, e um suporte para esta cometa.
O suporte inclui uma porção de contato que tem uma superfície de rolamento interna que é usada para realmente entrar em contato com a corneta.
Um flange se estende para fora a partir da haste de conexão, terminando em um perímetro externo.
Uma porção de montagem anular está fixada ao fiange entre a porção de contato e o perlmetro externo.
O suporte é construido de tal forma que o suporte tem uma ressonância próxima à frequência predeterminada, e em funcionamento a porção de contato do suporte é acoplada à cometa em um ponto onde a cometa tem um nó na dita frequência predeterminada.
Descrição dos desenhos A figura 1 mostra uma vista lateral em seção transversal de um suporte.
A figura 2 mostra uma vista em perspectiva em seção transversal de um sistema de soldagem que incorpora vários suportes de acordo com a figura 1. A figura 3 mostra uma vista em perspectiva em seção transversal do sistema de soldagem da figura 2 sendo suportado por barras de travamento.
A figura 4 é uma visualização comparativa de uma seção transversal típica do suporte nos limites de movimento oferecidos quando o suporte está ressoando na frequência predeterminada.
Descrição detalhada Referindo-se agora à figura 1, uma vista em seção transversal de um suporte é ilustrada.
O suporte 10 é um sólido de revolução que tem a seção transversal mostrada.
O suporte 10 inclui uma porção de contato 12 que tem uma superficie de rolamento interna
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14. A porção de contato 12 pode ter, opcionalmente, um orifício 16. O flange 18 se estende para fora a partir da porção de contato 12, terminando em um perímetro externo 20, Uma porção de montagem anular 22 está fixada ao flange 18 entre a porção de contato 12 e o perimetro externo 20. A extremidade da porção de montagem anular 22 5 oposta ao flange 18 é a superficie de rolamento externa 24. Em uma modalidade, um contrapeso anular 26 é montado no flange 18 adjacente ao perímetro 20. Com referência à figura. 2, uma vista em perspectiva em seção transversal de um sistema de soldagem que incorpora vários suportes de acordo com a figura 1 é ilustrada. Os suportes 10 sustentam a corneta linear 30. A corneta linear 30 tem uma superficie de soldagem 32 contra a qual, por exemplo, um material laminar é passado para soldagem por varredura. A corneta linear 30, em uma modalidade, é energizada por um transdutor ultra-sônico agindo em uma extremidade 34. Os suportes 10 entram em contato com a corneta linear 30 em pontos que são nós 36 quando a corneta é energizadã a uma frequência predeterminada. O suporte 10 é construido de tal modo que o suporte tem uma ressonância próxima à frequência predeterminada. Agora com referência à figura 3, uma vista em perspectiva em seção transversal do sistema de soldagem da figura 2 sendo suportado pelas barras de travamento é ilustrado. As barras de travamento 40 e 42 comprimem a conjunto de suporte-e-corneta de modo que ele pode ser suportado efetivamente dentro de, por exemplo, uma linha de manuseio de mantas conduzindo o material que precisa ser soldado. Contra-orifícios rasos 44 podem estar presentes para recepção da porção de montagem 22 dos suportes 10. Agora com referência à figura 4, uma visualização comparativa sobreposta de uma seção transversal tipica do suporte 10 nos Iimites de movimento oferecidos quando o suporte está ressoando na frequência precleterminada é ilustrada. O suporte 10 em sua configuração não-tencionada é mostrado em linhas tracejadas, sua configuração tencionada máxima (quando a expansão lateral da corneta linear vibratória 30 é a maior) é mostrada em linhas contínuas. Deve-se observar quão menor é o deslocamento da condição não-tencionada exibida pela superflcie de rolamento externa 24 em comparação com a superfície de rolamento interna. Com deslocamentos tão pequenos na superflcie de rolamento externa 24, o suporte pode ser corretamente mantido no lugar pela barra de travamento 40 (vista na figura 3). Exemplo Vários suportes, em geral conforme representados na figura 1, foram usinados a partir de uma liga de titânio 6Al 4V. Uma corneta linear típica de 22,9 cm de largura e projetada para ressoar próximo à 20.000 Hertz e que também foi fabricada a partir de titânio 6AI 4V foi usada para este teste. Um transdutor ultra-sônico, disponivel comercialmente junto à Branson Ultrasonics Corporation de Danbury, CT, EUA, foi fixado em uma
\ F- 4 /4 extremidade de um reforçador convencional que por sua vez foi montado na corneta linear.
Esta disposição foi usada para energizar a corneta durante os três experimentos.
No primeiro experimento, a corneta foi retirada das travas a fim de se fornecer um valor de controle para a quantidade de energia extraída pelo conjunto. A saída de energia 5 na fonte de alimentação ultra-sônica foi ajustada a 1 0O°/,.
No segundo experimento, a corneta foi montada usando-se quatro dos suportes, cada um pressionado contra um nó de vibração, entre um par de barras de travamento, em geral conforme representado na figura 3. A saída de energia na fonte de alimentação ultra-sônica foi ajustada a 5O°/,.
10 O terceiro experimento foi similar ao segundo, exceto pelo fato de que a . configuração de energia foi novamente ajustada à 1O0°/o, como no primeiro experimento.
As condições e resultados são resumidos na tabela 1.
lmpressionantemente, com a mesma configuração de energia entre os testes 1 e 3, a energia extraída mostrou apenas um aumento modesto, e a frequência de 15 sintonização se alterou muito pouco. lsto ilustra que os suportes nodulares não dissiparam significativamente a energia do transdutor, permitindo uma operação eficaz da corneta durante, por exemplo, soIdagem por varredura. Adicionalmente, a operação foi silenciosa durante os testes 2 e 3. Operação ruidosa teria sido um indicador de um movimento relativo entre o suporte e a barras de travamento, impticando em perda de eficiência e 20 desgaste indesejado entre as partes em movimento e estacionárias.
I Teste 1 ) Teste 2 I Teste 3 I Condição dos Suportes I Sem suportes l Quatro suportes I Quatro suportes I i da invenção I da invenção ; Energia extralda, em Watts I 100 I 110 I 220 Frequência de sintonização, em Hz 19.997 19.991 19.991 r i Ganho do reforçador I 1,5:1 I 1,5:1 I 1,5:1 | Configuração da energia i 1OO°/o 50% : 1OO°/, Tabela 1 Mesmo que a invenção tenha sido particularmente mostrada e descrita em relação às diversas modalidades da mesma, os versados na técnica compreenderão que várias outras alterações na forma e detalhes podem ser feitas sem, no entanto, se afastar 25 do espírito e do escopo da invenção.
Claims (10)
1. Sistema para fabricação ultra-sônica, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma corneta que tem uma ressonância a uma frequência predeterminada, e um suporte que compreende: 5 - uma porção de contato que tem uma superficie de rolamento interna, - um flange estendendo-se para fora a partir da haste de conexão, o flange tendo um perímetro externo, - um contrapeso anular montado no flange adjacente ao perlmetro externo, e - uma porção de montagem anular fixada ao flange entre a porção de contato e o perímetro externo, sendo que o suporte tem uma ressonância próxima à frequência predeterminada, sendo que a porção de contato é acoplada à corneta em um ponto onde a corneta tem um nó na dita frequência predeterminada.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a corneta é uma corneta linear.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o suporte é um sólido de rotação e sendo que a extremidade da porção de montagem anular oposta ao flange é uma superfície de rolamento externa.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de montagem anular compreende uma superfície de rolamento externa, e o movimento da superfície de rolamento externa é menor que dez por cento do movimento da superfície de rolamento interna quando o elemento de suporte é movido a uma frequência predeterminada.
5. Suporte para uma corneta ultra-sônica, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: uma porção de contato que tem uma superficie de rolamento interna, um flange estendendo-se para fora a partir da haste de conexão, o flange tendo um perlmetro externo, um contrapeso anular montado no flange adjacente ao perímetro externo, e uma porção de montagem anular fixada ao flange entre a porção de contato e o perímetro externo, de tal modo que a extremidade da porção de montagem anular oposta ao flange é uma superfície de rolamento externa, sendo que a superficie de rolamento externa é um nó quando a superfície de rolamento interna é movida a uma frequência predeterm inada.
6. Suporte, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o movimento da superfície de rolamento externa é menor que dez por cento do movimento
2 /2 da superficie de rolamento interna quando o elemento de suporte é movido a uma
T frequência predeterminada.
7. Suporte, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO peto fato de que os flanges se estendem a um ângulo além daquele perpendicular a partir do elemento de base. 5
8. Suporte, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a superficie de rolamento externa é genericamente paralela à superficie de rolamento interna.
9. Método de montagem de uma corneta ultra-sônica, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: fornecimento de uma corneta que tem uma ressonância a uma frequência predeterminada, fornecimento de um suporte que compreende: - uma porção de contato que tem uma superfície de rolamento interna, - um flange estendendo-se para fora a partir da haste de conexão, o flange tendo um perímetro externo, - um contrapeso anular montado no flange adjacente ao perímetro externo, e - uma porção de montagem anular fixada ao flange entre a porção de contato e o perlmetro externo, sendo que o suporte tem uma ressonância próxima à frequência predeterminada, e fixação da porção de contato do suporte à corneta, em um ponto onde a corneta tem um nó na dita frequência predeterminada.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de montagem anular compreende uma superficie de rolamento externa, e o movimento da superficie de rolamento externa é menor que dez por cento do movimento da superfície de rolamento interna quando o elemento de suporte é movido a uma frequência predeterminada.
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