Procédé de transmission d'énergie vibratoire et dispositif pour sa mise en ouvre La présente invention est relative à un procédé de transmission d'énergie vibratoire.
Ce procédé est caractérisé en ce: que, pour fournir un transfert maximum à niveau élevé d'énergie vibra toire sans atténuation, on utilise un générateur de, vibrations et un organe résonnant de: telle:
façon que leurs axes ne soient pas alignés, en ce qu'on utilise au moins -deux rubans flexibles ayant, d'une part, des régions anti-noeuds (ventres) à leurs extrémités cou plées respectivement au générateur et au dit organe résonnant avec une bonne adaptation d'impédance entre ces deux éléments, et, d'autre part, un rayon de courbure supérieur à A/4, .i étant la longueur d'onde dans la matière composant les dits rubans..
Dans ce procédé on peut également utiliser plu sieurs rubans flexibles que l'on fait vibrer dans le mode axial pour transmettre de l'énergie de manière à faire vibrer le dit organe, résonnant dans un mode de vibration qui diffère du mode die, vibration des rubans. Les rubans flexibles peuvent être= reliés à un organe résonnant ayant un axe longitudinal formant un angle 'e 0 à 90 par rapport à l'axe longitudinal des moyens générateurs de vibrations.
La gamme opérative des fréquences de vibration peut inclure des fréquences dans la gamme e 59 à 300 000 Hertz, la gamme préférée est d'environ 400 à 90 000 Hertz et la fréquence de fonctionnement optimum se trouve entre 5000 et 75 000 Hertz. Cette gamme optimum de fréquences de fonctionnement peut aisément être obtenue par des éléments trans ducteurs de structure connue, qui sont susceptibles d'engendrer de l'énergie vibratoire élastique à haute intensité.
La présente invention concerne également un dis positif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caracté risé en ce qu'il comprend des moyens générateurs d'énergie vibratoire, un organe résonnant amené en résonance acoustique, au moins deux rubans flexibles résonnants possédant des anti-noeuds (ventres) à leurs extrémités, une extrémité<B>de</B> chaque ruban étant axialement couplée aux .dits moyens de,
prodhzctmon d-'énergie vibratoire de marnière telle que les rubans vibrent .dans le mode longitudinal, des moyens con nectant l'autre extrémité de chaque ruban au dit organe résonnant dans des régions espacées des anti- naeuds sur le dit organe résonnant,
le tout étant agencé de telle manière que des niveaux élevés d'énergie vibratoire soient transmis depuis les dits moyens au dit organe résonnant par l'intermédiaire des dits rubans.
Dans ce dispositif, l'axe longitudinal<B>dû</B> dit organe résonnant peut âtre disposé sous un angle compris entre 0 et 90 par rapport à l'axe longitudinal des moyens générateurs de vibrations, les dits rubans s'étendant depuis des points espacés sur le dit organe résonnant, le rayon de courbure des rubans étant au moins égal à V4, # étant la longueur d'onde dans la matière composant les dits rubans. Des, moyens,
peuvent être prévus pour empêcher l'énergie trans mise au dit organe résonnant, id'être réfléchie vers les dits rubans.
Ce dispositif peut être notamment réalisé dans un appareil pour le soudage sans fusion d'éléments métalliques entre .eux, mais dans ce cas le dit organe résonnant est une mâchoire, la dite mâchoire com prenant une partie d'extrémité appliquée sur deux éléments métalliques à souder et contre une face ex térieure :
d'un desdits éléments avec une force dont la ,direction et la grandeur sont suffisantes pour mainte nir les faces à soudier -en contact intime dans la zone de soudage, les -dits rubans transmettant à la dite mâchoire, à partir des dits moyens générateurs d'énergie vibratoire,
une vibration mécanique com- prise entre 59 et 300 000 Hertz par seconde, cette vibration mécanique fournie aux dits éléments métal- liques par la dite mâchoire étant à un niveau suffisant pour provoquer le soudage sans fusion des dits élé ments.
La gamme des pressions de fixation de fonction nement qui peut être employée peut être aisément déterminée par ceux qui mettent en oeuvre le pro cédé.
Dans tous les cas, la force de fixation doit être suffisante pour effectuer le couplage entre les organes de métal à souder et la source d'énergie vibratoire de façon que l'énergie vibratoire puisse être transmise aux dits organes métalliques.
La soudure peut ainsi être provoquée à la tempé rature ambiante sans application de chaleur. La sou dure peut être chaude au toucher après le soudage en raison de l'application d'énergie vibratoire élastique. Si on le désire, la soudure peut être commencée à des températures élevées situées au-dessous de la tempé- rature de fusion de n'importe lesquelles des pièces à joindre.
La température à laquelle les indications qui pré cèdent s,. réfèrent est la température qui peut être mesurée en noyant des thermocouples dans ladite zone de soudure avant la soudure, ou bien la tempé rature qui peut être estimée, définie approximative ment, ou déduite d'un examen métallographique de lia section en coupe de la soudure par vibration.
Le chauffage du métal à soudier soit avant soit pendant la soudure jusqu'à une température au-des- sous de sa température de fusion peut, dans certains cas, faciliter la soudure et diminuer soit la puissance soit le temps requis pour effectuer la soudure.
La soudure d'organes métalliques peut être exécutée dans l'atmosphère ambiante ainsi que dans des con- ditions de vide ou dans dés conditions choisies, telles que .des atmosphères comprenant un gaz inerte.
Ce procédé de soudure peut être appliqué à une variété de métaux et d'alliage, comprenant par exem ple: aluminium sur aluminium, alliage d'aluminium sur alliage d'aluminium; acier à basse teneur en car bone recouvert de nickel avec un alliage de cobalt- nickel et fer recouvert d'or;
cuivre sur cuivre, alliage d'aluminium sur alliage d;. vanadium, cobalt et fer, etc.. . ainsi que pour exécuter une soudure sans net toyage préalable étendu.
Cependant, un certain, nettoyage préalable et un traitement de surface peuvent se montrer avantageux dans la soudure d'un grand nombre de métaux. Il est désirable, avant d'effectuer la soudure, d'enlever les contaminants de surface, tels que les hydrocarbonés ou autres lubrifiants et analogues.
Dans le présent procédé, les forces die fixation maxima n'ont pas besoin ide produire une déforma tion externe de plus d'environ 10 0/o dans des soudu res effectuées à température ambiante. Par déforma tion, on entend le changement dans les dimensions de la soudure au voisinage de la zone de soudure divisée par l'épaisseur totale des organes de soudure avant soudure, le résultat étant multiplié par cent pour obtenir un pourcentage.
Dans beaucoup de casa l'étendue de la déformation est de façon appréciable au-dessous de 10 0/o et dans certains cas elle peut être pratiquement absente. La force de fixation minimum à utiliser comprend une force suffisante pour mainte nir les organes métalliques en cours de soudure dans, un alignement régulier en contact intime aux surfaces de soudure choisies.
Dans la technique actuelle, il existe .des appareils comprenant .des systèmes de couplage à transducteur comprenant des éléments terminaux résonnants aux quels de la puissance vibratoire .est appliquée au moyen :d'organes encombrants.
De tels appareils sont très .efficaces pour les buts recherchés, mais certains problèmes sont rencontrés comme par exemple les problèmes de jonction asso ciés à la réalisation de joints métallurgiques entre les organes lourd et l'organe résonnant terminal. Des problèmes se présentent également dans la fixation des organes lourds à travers ou sur les, parties asso ciées, en particulier sur des parties métalliques d'une unité de base.
Lorsque ces organes lourds sont fixés, on rencontre d'autres problèmes concernant le fait d'éviter une interaction du système vibratoire avec les parties associées..
Une expérimentation étendue a montré que les joints entre les organes de couplage et les organes de transmission de la puissance dans un dispositif vibra toire, c-est-à dire le dispositif <B>de</B> couplage à tDansduc- teur, sont soumis à .des contraintes élevées et consti tuent généralement la partie du dispositif la plus susceptible de défaillance.
Certains dispositifs mettant .en jeu des vibrations de torsion sont connus dans la technique actuelle. Par exemple une vibration de torsion du transducteur lui- même peut alors transmettre une vibration de tor sion à l'organe ou aux organes de couplage;
ou bien l'organe de couplage terminal qui est en contact avec la pièce à travailler est autrement amené à vibrer en torsion, comme par exemple, en choisissant une dis position appropriée de cet organe ou en réunissant l'organe de couplage à d'autres organes de couplage de façon à provoquer, une vibration de torsion de l'organe terminal.
C'est dans le dernier cas que le problème de réunion est particulièrement aigu, comme par exemple lorsqu'une pluralité d'organes de couplage non terminaux est utilisée pour fournir un fonctionnement à puissance élevée et chacun de ces organes doit être réuni à l'organe de couplage termi- nal. On appréciera que le problème de réunion est délicat, non seulement en raison du nombre de joints en cause, mais aussi parce;
que les organes de cou plage non terminaux dans ce cas doivent être réunis essentiellement tangentiellement par rapport à l'or gane<B>de</B> couplage terminal en raison du principe de la vibration de torsion.
Très souvent des équipements de différents types qui doivent être soumis à vibration, teille qu'une app lication du présent dispositif dans un équipement d'extrusion ultrasonique, nécessitent des éléments de chauffage avec isolement pour empêcher ou réduire au minimum les pertes de chaleur,
et d'autres .disposi tifs qui sont souvent susceptibles d'interaction avec les parties vibrantes du système et qui sont souvent d'ac cès difficile lorsqu'il est désirable ou nécessaire d'y coupler des organes lourds de transmission die vibra tion.
De plus, en relation avec la vibration de tubes cylindriques ayant une longueur appréciable, telle qu'une longueur allant d'environ die 15 à 20 cm ou plus, lorsque les tubes sont établis pour être réson- nants à la fréquence de résonnance choisie du réseau dont ils font partie (tel, qu'un réseau pour nettoyage ultrasonique, un réseau .d'homogénéisation ultrasoni- que, etc...), il est difficile de maintenir une réson nance uniforme sur toute la longueur du tube, en fait,
même dans les cas où un entraînement supposé uni forme est prévu en fixant une pluralité de transduc teurs en céramique tout au long du tube.
La présente invention surmonte ces difficultés, et d'autres problèmes, tels que des problèmes ;d'adapta tion d'impédance, en utilisant des rubans flexibles pour la fourniture de l'énergie vibratoire à l'organe résonnant qui peut agir soit sur des éléments à sou- dier, soit sur un matériau à extruder.
La présente invention sera décrite plus en détail en se référant aux dessins ci-annexés dans lesquels: La fig. 1 représente une élévation latérale, par tiellement en coupe, d'un dispositif comprenant un transducteur transformant de l'énergie vibratoire axiale en énergie vibratoire de torsion; La fig. 2 est une vue en coupe faite le long de la ligne 2-2 de la fig. 1; La fig. 3 représente une vue agrandie de la bague d'entraînement montrée dans la fig. 2; La fig.4 représente un graphique montrant la variation die la vitesse du son en fonction du rayon de courbure :d'un fil, à l'a fréquence de 20 kiloHertz;
La fig. 5 représente un graphique montrant la transmission de puissance mécanique relative par unité de surface en fonction de la longueur du chemin d'atténuation et du rayon de courbure; La fig. 6 est une vue en élévation latérale d'un transducteur transmettant de l'énergie vibratoire die flexion; La fig. 7 est une vue en coupe établie le long de la ligne 7-7 de la fig. 6; La fig. 8 représente une vue en élévation latérale partiellement en coupe d'un transducteur transmet- tant de l'énergie vibratoire axiale;
La fig. 9 est une vue en coupe faite le long de la ligne 9-9 dans la fig. 8; La fig. 10 est une vue en coupe faite le long de la ligne 10-10 dans la fig. 8.
Dans les fi,-. 1 à 3, l'énergie vibratoire axiale .des fils ou des rubans est changée en énergie vibratoire de torsion dans un organe terminal. Dans. les fig. 6 et 7, l'énergie vibratoire axiale des fils ou rubans est changée en énergie vibratoire: de flexion dans un organe terminal. Dans les fig. 8 à 10, l'énergie vibra- toire axiale des fils ou rubans est transmise axiale- ment vers un organe terminal. Dans chaque exemple de réalisation, c'est l'organe terminal qui exécute le travail utile.
En se référant .aux :dessins annexés, dans lesquels des références analogues indiquent des éléments ana logues., on .a représenté dans la fig. 1 un dispositif de soudure à ruban désigné d'une façon générale en. 10.
Le dispositif à rubans 10 comprend au moins deux moyens générateurs de vibrations 12 et 12'. Les moyens générateurs de vibrations 12 et 12' sont identiques; en conséquence, seulement le moyen gé nérateur de vibrations, 12 et ses éléments, associés seront décrits en détail.
Les éléments correspondants sur le moyen .générateur de vibrations 12' ont les mêmes références numériques que les éléments sur le moyen .générateur de vibrations 12 et sont munis, du signe prime.
Le moyen générateur de vibrations 12 comprend un noyau laminé en nickel ou autre matériau métalli- que présentant le phénomène de magnétostriction. Ce noyau est pourvu d'une ouverture de forme rectangu- laire 14 dans sa partie: centrale. Un bobinage de polarisation 16 et un bobinage d'excitation 18 sont enroulés sur les bords de l'ouverture de forme rectan gulaire 14.
Lorsque dies variations dans la force du champ magnétique de la bobine d'excitation 18 se produisent, il se produira des variations concomitan-r tes dans les dimensions du noyau laminé, pourvu que la bobine de polarisation 16 soit chargée avec un courant continu de niveau convenable-.
L'homme de l'art appréciera que la fréquence des variations susvi sées, à savoir l'expansion et la contraction du noyau laminé, sera égale à la fréquence du courant alternatif circulant dans la bobine d'excitation 18.
Les moyens générateurs<B>de</B> vibrations 12 et 12' possèdent .des dimensions identiques si bien que par symétrie, l'énergie vibratoire délivrée par chacun d'eux est identique. Les moyens générateurs<B>de</B> vibrations 12 et 12' sont entraînés ensemble en phase, c'est-à-dire que les deux pièces laminées sont soit simultanément en expansion, soit .simultanément en, contraction.
En remplacement du noyau laminé en nickel uti lisé @dans les moyens générateurs de vibrations 12 et 12', il est possible d'utiliser l'alliage connu dans la technique sous le nom d'alliage Permendur 2-V (alliage fer-cobalt), un alliage fer-nickel ou de l' Al- fenol (alliage aluminium-fer)
. Chacun de ceux-ci doit être convenablement conditionné pour assurer une résonnance axiale avec la fréquence du courant alternatif qui lui est appliquée de façon à permettre sa diminution ou son augmentation en longueur, sui vant son coefficient de magnétostriction.
Au lieu des matériaux métalliques à magnétostriction sus-men- donnés, les moyens générateurs d'énergie vibratoire 12 et 12' peuvent comprendre presque n'importe quel matériau possédant @de bonnes qualités physiques, c'est-à-dire :des matériaux .dont les dimensions physi ques changent sous l'influence .drun potentiel électri- que ou d'un courant électrique.
Le moyen; générateur de vibrations employé peut être constitué par un matériau piézo-électrique, tel que des cristaux de quartz, ou un matériau à électrostriction tel que du titanate de barium ou du zirconate de plomb, etc. De tels matériaux sont à présent utilisés pour des fonc tionnements à haute fréquence, par exemple à ,des fréquences supérieures à 75 000 Hertz, bien qu'ils puissent aussi être utilisés à des fréquences plus bu ses.
Un coupleur 20 exécuté en métal est brasé ou fixé métallurgiquement, en contact bout à bout avec le moyen générateur d'énergie vibratoire 12 comme figuré en 22. Le coupleur 20 est pourvu d'une partie plane rabotée 24 formant un méplat sur ses faces opposées. Le coupleur 20 a de préférence :une lon gueur égale à une demi-longueur d'onde mais sa lon gueur peut être aussi égale à .des multiples entiers: d'une demi-longueur d'onde.
Le montage du coupleur 20 est réalisé de manière qu'aucune énergie vibratoire ne soit transmise au support 34. Ce montage sur support est utile dans les applications nécessitant l'emploi de force en relation avec des vibrations, mais .dans certains cas suivant le degré de contrôle désiré ou nécessaire, il convient d'utiliser des applications éliminant l'action de la force.
Le manchon 26 est exécuté en métal, soit en acier, soit en n'importe quel autre matériau résonnant convenable. Ce manchon 26 est à peu près cylindri que et a une longueur égale à une .demi-longueur d'onde, son alésage est concentrique et plus grand que le diamètre du coupleur 20. L'extrémité infé rieure du manchon 26, opposée,au moyen générateur de vibration 12, est pourvue d'une collerette 28 radiale et intérieure à son alésage, et soudée: métal lurgiquement au coupleur 20. Le manchon 26 a son autre extrémité 30, libre die toute fixation.
Lorsque le moyen de génération d'énergie vibratoire entre en vibration, un véritable noeud de vibration se déve loppe dans le manchon 26 à ]!emplacement de la col lerette 32, cette collerette étant distante d'un quart de longueur d'onde de l'extrémité libre 30 du manchon 26.
La collerette 32 est adaptée pour être montée de façon fixe sur le support 34 et étant :donné que ledit manchon est disposé à un noeud fixe, aucune: énergie vibratoire ne sera transmise au support 34. Le cou pleur 20 est pourvu d'une partie conique 36, dont les dimensions sont conformes aux équations .déjà con nues dans la technique.
L'extrémité libre de la partie conique 36 est pourvue d'une :entaille 38 s'étendant de l'extrémité libre vers le moyens de génération d'énergie vibratoire 12.
Les pièces métalliques 40 et 42 qui doivent être soudées ensemble, .sont disposées de façon à se recouvrir partiellement entre une enclume rigide à la torsion 44, et l'extrémité d'une sonotrode 46. La so- notrode 46 comprend un tube cylindrique ou tige et est supportée par une masse 48.
L'engagement, entre la masse 48 et la sonotrode 46 est réalisé en un noeud véritable sur la sonotrode 46, en un emplace ment situé à un quart de longueur d'onde de torsion ou un multiple entier impair de quart de longueur d'onde de torsion à partir de l'extrémité libre de la sonotrode 46. Cette sonotrode s'étend: à travers, un trou 49 dans la masse 48. La bride 50, située en un noeud vrai, est placée dans un évidement die la masse 48 et fixée à celle-ci par plusieurs boulons 52. La bride 50 est solidaire de la sonotrode 46 et peut être fixée sur celle-ci par brasage ou soudure.
L'extrémité inférieure de la sonotrode 46 est de forme comique de manière à augmenter l'amplitude de l'énergie vibratoire à son extrémité qui porte une pastille interchangeable 53, fixée sur cette extrémité. La face la plus basse<B>de</B> la pastille 53 appuie sur les, pièces métalliques 40 et 42 soumises à la soudure.
La sonotrode 46 peut avoir une longueur totale égale à une longueur d'onde de torsion pour le pre mier harmonique supérieur ou pour le second harmo nique de sa fréquence de fonctionnement. L'extrémité libre de la sonotrode 46 et la pastille 53 sont toutes les Baux approximativement situées sur des ventres de la sonotrode 46. Une collerette extérieure 54 est fixée radialement sur la sonotrode 46 et sert pour l'entrainement en torsion de. celle-ci.
Cette collerette 54 est fixée sur la sonotrode: à une demi-longueur d'onde de son extrémité libre et par suite elle se posi tionne aussi en un ventre, le premier harmonique supérieur ou le second harmonique ayant été choisi pour la convenance en relation avec le positionne ment :des différents éléments du système. Cependant, la sonotrode 46 peut être construite pour fonctionner dans d'autres modes que le mode de vibration de tor sion.
On remarquera en se référant à la fig. 3 que la collerette ou bague d'entraînement 54 est pourvue de plusieurs encoches dirigées tangentiellement 56; seize encoches sont représentées, cependant le nombre des encoches peut être. varié suivant les exigences de chaque installation particulière. Une pluralité de rubans 58 s'étend entre l'encoche 38 du coupleur 20 et les encoches 56 de la bague d'entraînement 54.
Tous les rubans ou fils peuvent être de même longueur ou<B>de</B> longueurs différentes, mais pour que le maximum de vibrations en phase soit introduit par les rubans à l'élément résonnant sur lequel ils sont fixés, tous ces rubans doivent avoir une longueur acoustique égale. à un nombre pair ou impair de demi-longueurs d'onde. Il n'est pas nécessaire que ce nombre. soit identique pour chaque ruban,
étant donné que le mouvement vibratoire change la phase alternativement en demi-longueur d'onde. Par exem ple, si à l'extrémité d'une demi-longueur d'onde (ladite demi-longueur d'onde comprenant en succes sion un ventre [anti-noeud:], un. noeud et une région ventre, respectivement) à un instant donné, le mou vement vibratoire s'étend, au même moment le mou vement vibratoire à la demi-longueur d7ond@e suivante sera alors un mouvement de compression.
Lorsque le rayon de courbure du mince ruban 58 est infini, la quantité maximum de puissance mécani que engendrée sera .délivrée par les rubans. En se référant à la fig. 4, on verra que sensiblement toute la puissance mécanique engendrée sera délivrée par les minces rubans 58 lorsque le rayon de courbure est égale ou plus grand que Â,/4 où A est la longueur d'onde de l'énergie vibratoire pour le matériau des rubans.
Lorsque le rayon de courbure est .i/2 n et l'angle de courbure est de 90 , par exemple, la lon gueur du chemin d'atténuation est V4, alors seule- ment 80 0/o de la puissance mécanique engendrée sont délivrés par les rubans 58, ainsi qu'on peut le voir d'après la fig. 5.
En se référant à la fig. 5, on y a représenté un graphique qui montre des informations expérimen tales sur la transmission relative de puissance méca nique délivrée par unités de surfaces pour deux rayons de courbure. La longueur du chemin d'atté nuation est portée en abscisses et la transmission <B>de</B> puissance relative par unité de surface est portée eu ordonnées. La ligne A
représente la transmission die puissance relative par unité de surface dans laquelle le rayon de courbure est égal à Â/4. La ligne B représente la puissance mécanique relative délivrée par une unité de surface dans laquelle le rayon de courbure est V2 n.
Ainsi qu'on peut le voir sur la fig. 4, suite à l'ana lyse théorique à partir de laquelle cette figure a été obtenue, le rayon die courbure minimum auquel l'at- ténuation sans changement<B>de</B> phase est obtenue à une valeur de V2 a.
Lorsqu'on établit un système de couplage dur transducteur incorporant des rubans minces , tels que les rubans 58, le rayon de courbure doit être égal ou plus grand que A/4 pour une transmission maximum d'énergie. Lorsque cela est possible, la longueur du chemin d'atténuation doit être inférieure à .ï/4.
Les données indiquées sur la fig. 4 sont indépen dantes de la fréquence. Les données expérimentales de la fig. 5 ont été obtenues pour un système à 20 kiloHertz mais on peut supposer que des résultats forts différents ne seraient pas obtenus à une fré- quence différente.
Le changement dans la transmission<B>de</B> puissance dû à un changement dans l'angle de courbure est dû au fait que, pour n'importe quel rayon de courbure, lorsque l'angle de courbure est augmenté la longueur de l'arc de courbure est augmentée;
c'est-à-dire, la longueur de la section d'atténuation est augmentée, ce qui provoque une diminutions dans la transmission de puissance ainsi que mis en lumière par les courbes obtenues expérimentalement et montrées d'ans la fig. 5.
En cours de fonctionnement, les moyens .généra teurs d'énergie vibratoire 12 et 12' sont. actionnés en phase l'un avec l'autre et l'énergie vibratoire produite est transmise, par les coupleurs 20 et 20' à travers les rubans flexibles minces 58 et 58' pour faire vibrer en torsion la sonotrode 46.
Etant donné que les rubans flexibles 58 et 58' sont ,disposés dans les encoches tangentiellement 56, la sonotrode 46 est amenée à osciller périphériquement. Le mouvement d'oscilla tion périphérique ou circonférentiel de l'extrémité 53 pendant la vibration de torsion de la sonotrode 46 est.
en phase avec le mouvement d'oscillation libre de la sonotrode 46, mais il est déphasé de 180 , acev le mouvement de la bague d'entraînement 54, qui est réunie métallurgiquement au mince ruban flexible 58 et 58', lorsque le premier harmonique supérieur ou le second harmonique de la vibration ide torsion est uti lisé.
Lorsque la face de l'extrémité 53 qui .est juxtapo sée à la surface supérieure de l'organe métallique. 40 vibre, elle vibre dans :une .direction d'anneau qui est essentiellement dans le plan die l'interface entre les organes métalliques 40 et 42.
Ceci effectue la soudure vibratoire entre les organes métalliques 40 :et 42. dans la région .dans laquelle ceux-ci sont en contact avec l'extrémité 53.
Bien que seulement huit rubans soient utilisés dans la fig. 2 des dessins, l'homme de l'art appréciera qu'un nombre plus ou moins élevé<B>dé</B> rubans: peut être prévu. Ce nombre dépendra généralement des exigences de puissance et du degré d'adaptation d'im pédance acoustique ;désiré entre hexbrémité des fils ou rubans et l'élément résonnant auquel ils doivent être fixés.
Si les mêmes matériaux ne sont utilisés que dans le but de, permettre une transmission, égale de puissance, ce problème d'adaptation est souvent prin- cipalement une question d'aire d'adaptution.
Ainsi, les aires doivent être adaptées, de façon que <I>A ô C = A' ô C;</I> où A est l'aire de la surface sur l'or gane auquel les rubans sont :attachés, A' est l'aire dies faces d'extrémités des rubans, ô est la densité du matériau, et C est 11a vitesse du son dans le matériau. Cependant, différents, matériaux peuvent être utilisés pour les rubans,
tarit que le dimensionnement die la longueur d'ond e est observé, en, tenant dûment compte des densités .différentes, .des vitesses <B>du</B> son et des aires pour les buts, d'adaptation d'impédance. Evidemment,
d'autres facteurs d'adaptation d'impé dance peuvent être en, cause, ainsi qu'il sera apprécié par l'homme -de l'art, particulièrement si l'élément résonnant doit vibrer .dans un mode différent du mode de vibration -des :rubans ou fils.
Par exemple, pour effectuer une adaptation d'im- pédance entre le mouvement vibratoire: longitudinal de fils minces et le mouvement -de vibrations de tor sion ;
de l'élément résonnant des fig. 1 et 2, un pro blème d'adaptation .d'impédance plutôt complexe se présente en raison <B>de</B> la masse de la collerette et de la distribution non uniforme de masse résultante, ce qui fournit une condition conduisant à une impédance dans la position de la collerette qui n'est pas gouver née par l'iaire seule,
mais est gouvernée plutôt parRTI ID="0005.0212" WI="3" HE="4" LX="1846" LY="2415"> le moment d'inertie de la rotation de la collerette en ce point.
On doit noter aussi que la distance -die la collerette à la bague d'entraînement 54 n'est pas un quart de longueur d'onde dans l'organe :
soumis à la torsion, mais est un quart de logueur d'onde effectif, c'est-à- dire inférieur à un quart de longueur d'ondée physi que. Ainsi, la réactances de raideur fournie par cette section égale la réactance de la masse fournie par le mouvement vibratoire de la masse<B>de</B> la collerette de couplage, et ensemble comprennent un quart de lon- gueur d'onde.
La distance de lia bague d'entraînement 54 à l'extrémité 53 est équivalente alors à uni quart de longueur d'onde et diffère de la longueur -d'onde de torsion d'une tige mince <B>de</B> la partie conique associée à cette tige.
Evidemment, ce qui précède sont des questions pratiques qui sont rencontrées quand on essaie d'ob tenir des conditions optima, car elles mettent en; jeu dies questions qui sont du domaine ultrasonique, et nous les avons rappelées ici pour plus de clarté.
Chacun des rubans est préalablement exécuté à partir d'un matériau flexible mince tel que du métal monel et peut avoir par exemple une, section dont les dimensions sont ,approximativement 0,21 cm sur 0,33 cm. Les extrémités des rubans 58 sont reliées métallurgiquement avec l'encoche 38 sur le coupleur 20 et dans le encoches 56 sur la bague d'entraîne ment 54.
Etant donné que tous les rubans minces 58 émanent de l'encoche; 38 et s'étendent vers des enco ches espacées autour<B>de</B> la périphérie de l'anneau d'entraînement 54, les rubans minces 58 ne sont pas, de longeurs identiques. Des essais utiles ont été exé- cutés avec dies rubans ayant une longueur pouvant atteindre 15 cm.
Une variante <B>du</B> dispositif pour la mise en oeuvre de la présente invention désignée en 70 est représen- tée dans les fig. 6 et 7 ,dans lesquelles l'organe termi nal est entraîné par flexion. Une sonotrode 72 est poussée vers le -bas au moyen d'un support massif 74. Une pointe amovible 76 .est fixée à une extrémité de la sonotrode 72 au-dessous de la partie conique 77.
L'extrémité 76 et l'autre extrémité de la sonotrode 72 sont toutes les deux approximativement situées en des ventres sur, la sonotrode 72, comme cela peut être prévu en établissant la sonotrode 72 pour fonctionner au troisième ou quatrième harmonique supérieur.
La sonotrode 72 est pourvue d'une collerette fai sant projection radialement vers l'extrérieur 78 qui est dans une positions correspondant à un ventre sur la dite sonotrode 72. La collerette 78 est pourvue d'une pluralité die fentes s'étendant radialement 80. Chaque fente 80 reçoit et est métallurgiquement liée à une extrémité d'un ruban 82. L'autre extrémité die chaque rubans 82 est liée métallurgiquement à un coupleur 84.
Le coupleur 84 est connecté à un moyen pour générer<B>de</B> l'énergie vibratoire qui est identique à la structure correspondante montrée dans la fig.
1, et en conséquence, n'a pas besoin d'être décrite plus en détail. Bien que les rubans 82 soient fixés dans les fentes 80 sur la collerette 78,
il sera apprécié qu'une connexion directe entre l'extrémité dies rubans 82 et la surface périphérique de la collerette 78 peut être prévue. La partie conique 77 sur la sonotrode 72 entre la collerette 78 et l'extrémité 76 augmente l'amplitude de l'énergie vibratoire.
Ceci réduit, la fatigue à la jonction mitre les rubans 82 et de la collerette 78 en permettant une amplitude d'entraînement réduite, en obtenant une amplitude élevée désirable de l'énergie vibratoire au niveau de l'extrémité 76.
En se référant aux fig. 8 à 10, les fils ou rubans 86 sont attachés axialement à un organe de couplage 88 qui est fixé axialement à un moyen générateur de vibrations du type énoncé précédemment et repré senté dans les fig. 1 à 6.
Les fils 86 pourront être fixés directement sur 1a face du transducteur 90 en 92 ex <B>de</B> ce fait être excités à la même amplitude que l'extrémité de l'empilage transducteur si la face en tière de l'empilage était uniformément couverte de rubans, mais ceci n'est pas préféré car cette disposi tion n'est pas pratique.
Le système de couplage dans la fig. 8 possède un montage de support 94 quia des avantages associés avec les très basses pertes du sup port lui-même. Lorsqu'il est installé dans un système de couplage monté sur support comme représenté,
il est apparent que le transducteur 90 peut être placé dans un récipient de refroidissement contenant dies fluides et que la performance du transducteur 90 peut être stabilisée par rapport à la température et fonc- tionner à un débit supérieur en conséquence.
Les, extrémités des rubans ou fils 86 sont fixées métallurgiquement et concentriques à une extrémité 98 eun montage résonnant 96 qui possède une colle rette 100 intérieure cylindrique. La collerette 100 est placée à un quart die longueur d'onde ou à un nombre d'unités multiples impair de ce nombre à partir de
l'extrémité libre 102 du montage 96. La surface péri phérique la plus interne de la collerette 100 est munie d'une contre-trou et est .engagée par filetage avec la surface périphérique extérieure du cylindre creux 104. Ainsi, un épaulement <B>106</B> est prévu sur la colle rette inférieure 100 pour s'engager avec un épaule ment sur une extrémité du cylindre 104.
Une tête de piston 108 commandée par une. tige est montée à l'in térieur .du cylindre 104<B>de</B> façon à glisser.
L'extrémité inférieure du cylindre 104 est en communication avec le trou d'une matrice<B>110</B> par une chambre 112 dans la pièce de montage 96. La matrice<B>110</B> est fixée par filetage à l'extrémité 98 de la pièce da montage 96 radialement et vers,
l'intérieur à partir de la fixation entre le montage<B>96</B> et les fils ou rubans 86 comme montré plus clairement dans la fig. 9. La collerette 100 est un noeud sur la pièce de montage 96. Par suite, il n'y a pas de perte d'énergie vibratoire vers le cylindre 104.
La fig. 4 représente le changement dans la vitesse .du son à la fréquence de 20 kiloHertz en fonction du rayon die courbure, ce qui montre la région où l'atté- nuation commence et la région de l'atténuation très élevée.
De la fig.4, on peut voir que si le rayon courbé est maintenu plus grand qu'environ 3/1o de longueur d'onde, l'atténuation sera relativement fai ble em presque n'importe quel angle de courbure. peut être employé, en fait les rubans peuvent être spirali- sés.
On doit souligner que le système d'entraînement à rubans utilisé est une liaison intermédiaire entre un ou plusieurs transducteurs .et un élément résonnant qui fournit une grandie flexibilité qui ne serait pas disponible pour d'autres systèmes d'entraînement par couplage.
Par .exemple, dans le réseau .d'extrusion illustré dans la fig. 8, les fils ou rubans 86 sont con venablement évasés à partir de l'orifice die la matrice d'extrusion de façon à fournir peu d'interférence avec des observations de l'extrusion lorsque le produit sort de l'orifice:, et aussi<B>de</B> façon: à permettre l'enlèvement et le remplacement de la matrice 110.
De plus, avec le transducteur 90 placé de façon éloignée de l'appa reil d'extrusion, l'isolement thermique du transduc- teur 90 est accompli, et ceci est très important, parti culièrement lors de l'extrusion de matériaux chauds, particulièrement dies métaux chauds, est effectuée.
L'efficacité de la transmission, d'énergie vibratoire le long d'un conducteur métallique est associée à la température du conducteur. Ainsi, il peut être aisé de refroidir un fil ou uni ruban et :d'éviter des opérations acoustiques longues avec dies éléments de couplage chauds, tandis qu'il est difficile de refroidir des sec tions transversales de métaux lourds à la fin, si bien que les problèmes d'ensemble en sont considérable ment aggravés.
Dans les cas où l'entraînement par rubans produit un mode .de vibration de torsion (voir fig. 1) ou de flexion (voir fig. 6), des compromis doivent être faits dans le positionnement des fils ou des rubans, sur l'élément résonnant; par exemple, ils peuvent être placés en d'autres positions que les positions optima.
Darns certaines circonstances, qui sont plus, aisément comprises dans le cas d'élément vibrant en torsion, il n'est pas rare de trouver dies ondes réfléchies dans les fils ou dans les rubans .dans un : mode différent de vibration que le mode utilisé pour transmettre l'éner gie dans l'élément résonnant au premier lieu.
Par ex emple, le fonctionnement d'élément à torsion intro duit des ondes de flexions dans: les fils progressant en retour vers la source de, puissance. Dans le cas du réseau de soudure à lamie illustré dans la fig. 6, lors que les fils ne sont pas placés avec une perfection complète,
il y a toujours une onde de flexion revenant le long des fils.
Ces ondes de flexion réfléchies, si on n'a pas. anti cipé leur présence et pris dies mesures .en consé quence, peuvent produire la fracture dies jonctions aulx extrémités dies rubans ou fils ou une rupture dans les parties médianes des fils ou rubans
drue aux fati gues extrêmes associées aux ondes de flexion et aux ondes de compression propagées initialement. Ces ondes réfléchies peuvent être éliminées comme source de trouble en alternant la distribution de masse du système,
ainsi que par .une localisation judi cieuse de petites masses le long des rubans ou fils, ou par exemple, en adoucissant le fil ou ruban en fle xion au voisinage du point où il fait contact avec l'élément terminal résonnant, comme par exemple, en aplatissant un élément de fil rond ou en amincissant un élément -de ruban, si bien, qu'en fait,
les ondes. de flexion réfléchies vers l'arrière à partir de l'élément terminal résonnant rencontrent une masse .addition- nelle et/ou une raideur additionnelle.
Il sera bien compris que les limitations de rayon de courbure :des rubans 58 s'appliquent aussi aux rubans 82 et 86. Il :doit être évident que les fils ou rubans :dans les fig. 1 à 10 nie sont pas de longueurs égales.
Par exemple, les fils ou rubans les plus exté rieurs 82 dans la fig. 7 sont légèrement plus longs que les fils ou rubans les plus intérieurs 82, mais ce ruban: est exactement Z, n/2 où n est un nombre entier.
Cependant pour un fonctionnement optimum, la lon gueur die chaque ruban doit être un nombre entier, de demi-longueurs d'ondb dans le matériau à la fré- quence du système, si bien qu'un ventre est obtenu aux deux extrémités .des rubans. Les fils ou rubans dans les fig. 1 à 10 n'ont pas besoin d'avoir n'importe quelle section particulière en coupe.
Ils. peuvent être ronds, rectangulaires, carrés, etc. . . de plus, ils n'ont pas besoin d être :d'une section uniforme. Si la section en coupe varie ou si lies rubans sont courbés, .des réglages convenables de longueur doivent être faits pour tenir compte du changement concomitant dans la vitesse du son de façon à maintenir la résonnance.
Ainsi, si un changement de 10 % dans la vitesse du son est observé, la correction doit être faite en rédui sant la longueur die cette partie -du coupleur die 10 %. Pour des équipements fonctionnant sous dies charges lourdes, les rubans peuvent avoir une largeur de 5 cm environ, et une épaisseur de 0,9:5 cm, par exemple.
Il doit être noté que les rubans peuvent être actionnés pour vibrer en phase l'un: avec l'autre ou déphasés, par exemple die 180 , suivant l'effet désiré. Le fonctionnement .déphasé peut! être obtenu par une variation <B>de</B> longueur des rubans. Préférablement, le nombre dies rubans :dans les deux ,groupes: doit être égal.