ES2910040T3 - Dispositivo de soldadura por vibración, método para conectar al menos dos componentes alargados mediante soldadura por vibración y un método de producción para el dispositivo de soldadura por vibración - Google Patents

Dispositivo de soldadura por vibración, método para conectar al menos dos componentes alargados mediante soldadura por vibración y un método de producción para el dispositivo de soldadura por vibración Download PDF

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Abstract

Un dispositivo de soldadura por vibración con un vibrador múltiple mecánicamente acoplado, con el dispositivo, que tiene las siguientes características: a. al menos tres unidades de vibración (20), cada una de las cuales consiste en al menos un par de bobinas electromagnéticas (22) que se oponen entre sí, por medio de las cuales un vibrador soportado por resorte (24) dispuesto entre ellas es ajustable en vibraciones lineales en una primera dirección, b. una herramienta alargada (30) por medio de la cual se puede mover un componente (B1, B2) para ser soldado y que se conecta mecánicamente a todas las unidades de vibración (20), en el que c. las unidades de vibración (20) están dispuestas con respecto a la herramienta alargada (30) de tal manera que la primera dirección de vibración de las unidades de vibración individuales (20) está orientada aproximadamente transversalmente a un eje longitudinal de la herramienta (30) de tal manera que, durante un proceso de soldadura por vibración, dos componentes (B1, B2) se pueden soldar el uno al otro por vibraciones diferentes a una dirección longitudinal de los componentes (B1, B2), en particular transversal a una dirección longitudinal.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de soldadura por vibración, método para conectar al menos dos componentes alargados mediante soldadura por vibración y un método de producción para el dispositivo de soldadura por vibración
1. Campo de la Invención
La presente invención se refiere a un dispositivo de soldadura por vibración que tiene un vibrador múltiple acoplado mecánicamente. Además, la presente invención se refiere al uso de un dispositivo de soldadura por vibración para soldar al menos dos componentes alargados, un método para conectar al menos dos componentes alargados con la ayuda del citado dispositivo de soldadura por vibración, así como un método de producción para el dispositivo de soldadura por vibración en el que una pluralidad de vibradores electromecánicos están acoplados mecánicamente.
2. Antecedentes de la Invención
La soldadura por vibración es un proceso bien conocido en la tecnología de unión de plásticos. Aquí, dos partesde plástico están conectadas por fricción y por el calor generado en el proceso. En general, una parte de plástico se sujeta con seguridad y la otra parte de plástico se mueve bajo presión linealmente u orbitalmente, respectivamente, contra la otra parte de plástico .
En la soldadura por vibración lineal, el movimiento relativo de las partes de plástico de unas contra las otras se produce a lo largo del lado más largo de la geometría del componente que vibra. Para evitar que el movimiento se incline, los componentes se sujetan en la máquina con una herramienta de tal manera que la superficie de soldadura sea lo más plana posible en la dirección del movimiento.
En el caso de partes alargadas, la construcción del diseño del cordón de soldadura se selecciona de tal manera que la dirección de soldadura sea en la dirección del lado más largo del componente.
Si el componente tiene inclinaciones significativas en la dirección longitudinal o, por ejemplo, hay un cambio en el contorno rectangular, por ejemplo, en forma de L, la vibración en la dirección longitudinal no es posible. Este es el caso, por ejemplo, en la industria automotriz para parachoques, luces traseras que se extienden alrededor de las esquinas y también para cuadros de mando.
Actualmente, la tendencia es hacia las luces traseras continuas que se extienden alrededor de las esquinas. Son componentes que, con una profundidad en la dirección X típicamente inferior a 20 cm, alcanzan una longitud en la dirección Y de casi 2 m o más y tienen forma de U.
Estas aplicaciones se sueldan actualmente de la siguiente manera:
De acuerdo con una primera alternativa, se utiliza una soldadora estándar con una dirección de vibración en el sentido Y con el fin de soldar un componente alargado de extensión longitudinal en el sentido Y. El componente se gira 90° de manera que el eje X más corto del componente ahora esté orientado en la dirección de vibración Y de la máquina de soldar. La rotación del cabezal vibratorio 90° y mantener la alineación del componente también sería equivalente a esto. En este caso, el componente se extiende mucho hacia un lado y la distribución de masa asociada conduce a una vibración asimétrica (o balanceo) del componente. En consecuencia, la costura/junta de soldadura es defectuosa correspondientemente. La ergonomía para cargar y descargar la máquina también es problemática y propensa a errores.
En una segunda alternativa, se utilizan dos cabezales de vibración en la misma orientación que en la primera alternativa. Esta disposición tiene la desventaja de que los dos cabezales de vibración solo vibran en fase con una regulación muy extensiva. Otra desventaja surge de las diferencias en las amplitudes de vibración de los cabezales de vibración utilizados. Diferentes amplitudes dan como resultado resultados de soldadura desiguales. Esta situación requiere también una cierta flexibilidad del componente a soldar o del portacomponentes (herramienta superior), lo que también repercute negativamente en el resultado de la soldadura.
Además, dos cabezales de vibración dispuestos adyacentemente constituyen una anchura estructural para el componente alargado que es demasiado pequeña , de modo que las partes de plástico que tienen una gran longitud en la dirección Y no se adaptan de manera óptima a los vibradores Los componentes se extienden problemáticamente más allá de los cabezales de vibración en la dirección Y y tienen una influencia negativa en el comportamiento oscilante (tienden a balancear). Por otro lado, dos cabezales de vibración que están muy separados en la dirección Y son difíciles de controlar, lo que afecta negativamente al comportamiento vibratorio deseado en la dirección X.
En una tercera alternativa, se acoplan electrónicamente una pluralidad de cabezales de vibración. Esta disposición se describe en el documento EP 1772 253 B1 "Dispositivo y método para la soldadura por vibración". En este caso, N cabezales de vibración (N=2 o más) están dispuestos adyacentes unos a los otros y acoplados electrónicamente, con un cabezal oscilante sirviendo como maestro y los otros como esclavos. Los esclavos están regulados a la amplitud y fase del maestro para que todas las unidades de vibración oscilen sincrónicamente en fase y en amplitud.
La ventaja de este método es que cada cabezal oscilante se considera como una unidad individual y el número máximo de cabezales de vibración posibles solo está limitado por la velocidad de la regulación. Con esta disposición de cabezales de vibración individuales, cada disposición de cabezal de vibración tiene una herramienta separada. La desventaja aquí es que todas las herramientas deben ser casi idénticas en peso y geometría para lograr las mismas frecuencias de los cabezales de vibración. Los cabezales de vibración en particular siempre funcionan a la frecuencia de resonancia o cerca de ella, que depende del peso. Esta frecuencia debe ser la misma para todos los cabezales de vibración o al menos estar lo suficientemente próxima que sea posible una regulación común con una frecuencia común. Sin embargo, una desviación de solo 0,1 Hz en la regulación de un cabezal oscilante individual a una frecuencia de vibración de 100 Hz produce una inversión de fase del cabezal de vibración individual después de solo 5 segundos. Incluso si la frecuencia está controlada o regulada de manera óptima, todavía se producen pequeñas desviaciones en la amplitud cuando se inicia y se para la vibración. Esto no es un problema per se para los cabezales de vibración individuales o respectivamente para el sistema en general. Sin embargo, esto requiere una cierta flexibilidad en el componente de plástico, que en el análisis final debe acomodar estas desviaciones, lo que a su vez conduce a peores resultados de soldadura.
El documento TW 201 006661 A describe un método de unión por difusión y un dispositivo correspondiente en los que se aseguran dos piezas de trabajo a un primer dispositivo de sujeción y a un segundo dispositivo de sujeción, . Cuando se controla la distancia entre las dos dispositivos de sujeción para permitir que las dos piezas de trabajo se conecten una a la otra, se suministra corriente alterna a un cierto número de bobinas electromagnéticas dispuestas en el exterior de imanes permanentes dispuestos en dos lados a lo largo de la dirección de vibración del primer dispositivo de sujeción. Debido a esto se produce una repulsión y una atracción magnéticas alternas entre los imanes permanentes. Además, el movimiento hacia delante y hacia atrás en los resortes resonantes también se realiza en los resortes resonantes ubicados entre los dos imanes permanentes. Esto se produce debido a la onda electromagnética generada por la corriente alterna en las bobinas electromagnéticas. De esta manera, el primer dispositivo de sujeción puede vibrar. Mientras tanto, la pieza de trabajo que está fijada al primer dispositivo de sujeción se presiona contra otra pieza de trabajo conectada al mismo para generar calor por fricción. La superficie límite de las dos partes de trabajo se funde de esta manera para formar una unión por difusión entre ellas.
Otro método de unión por difusión se describe en el documento JP 2008 238111 A. Aquí, la corriente alterna se alimenta a una bobina magnética. Se genera una repulsión entre la bobina magnética de un círculo magnético y un imán permanente, y se genera una adsorción entre la bobina magnética de otro círculo magnético y el imán permanente. La repulsión y la adsorción entre la bobina magnética del círculo magnético y el imán permanente cambian alternativamente. Un resorte resonante vibra junto con ondas electromagnéticas generadas por la fuente de alimentación de corriente alterna al solenoide. Una pieza de trabajo vibra horizontalmente porque la repulsión y la adsorción de los círculos magnéticos cambian alternativamente así como debido a la resonancia del resorte de resonancia.
Por lo tanto, el problema técnico existe al proporcionar una construcción alternativa de un dispositivo de soldadura por vibración por medio de lo cual se puedan conectar componentes rectos, alargados en forma de U o en forma de L por medio de soldadura por vibración.
3. Sumario de la Invención
El problema anterior se soluciona por medio de un dispositivo de soldadura por vibración De acuerdo con la reivindicación independiente 1 , del uso de un dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con la reivindicación independiente 6 , un método para conectar al menos dos componentes alargados por medio de un dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con la reivindicación independiente 7 y mediante un método de producción para un dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con la reivindicación independiente 9 . Las configuraciones ventajosas y los desarrollos adicionales de la presente invención se desprenden de la siguiente descripción, los dibujos que se acompañan y las reivindicaciones adjuntas.
El dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con la invención con un vibrador múltiple acoplado mecánicamente tiene las siguientes características: al menos tres unidades de vibración, cada una compuesta por al menos un par de bobinas electromagnéticas que están opuestas uns a la otra, por medio de lo cual se puede ajustar un vibrador soportado por resorte dispuesto entre ellas en vibraciones lineales en una primera dirección, una herramienta alargada, en la que se puede mover un componente a soldar y que está conectada mecánicamente a todas las unidades de vibración, estando dispuestas las unidades de vibración en relación con la herramienta alargada de tal manera que la primera dirección de las vibraciones de las unidades de vibración individuales está orientada aproximadamente transversalmente a un eje longitudinal de la herramienta, de modo que durante un proceso de soldadura por vibración, dos componentes pueden soldarse uno al otro mediante vibraciones que son diferentes a una dirección longitudinal de los componentes, en particular transversalmente a una dirección longitudinal.
Cuando se sueldan por vibración componentes alargados, que preferiblemente tienen forma de U o de L, se ha probado que es ventajoso que una pluralidad de unidades de vibración conocidas del campo técnico de la soldadura por vibración, en este caso al menos tres unidades de vibración, están dispuestas con su dirección de vibración aproximadamente vertical a una dirección longitudinal de los miembros alargados que se van a soldar entre sí. Debido a su disposición, la pluralidad de unidades de vibración generan una vibración transversal relativa de los componentes que se van a unir con respecto a su eje longitudinal. Puesto que las al menos tres unidades de vibración están acopladas mecánicamente unas a las otras mediante una herramienta común o un elemento de acoplamiento correspondiente entre la herramienta y las unidades de vibración, las propiedades de vibración de las unidades de vibración tales como la amplitud y frecuencia pueden armonizarse preferentemente unas con las otras. Correspondientemente, esta pluralidad de unidades de vibración o cabezales de vibración que están acopladas mecánicamente, preferiblemente acopladas mecánicamente dos veces (véase más abajo) forman el vibrador múltiple acoplado mecánicamente. Esta construcción asegura que las vibraciones transversales uniformes de las al menos tres unidades de vibración o cabezales de vibración se transmitan a través de la herramienta a los componentes a unir entre sí de tal manera que estos estén conectados entre sí de manera fiable a pesar de que las vibraciones no se transmiten en la dirección longitudinal. Además, se ha revelado que el uso de al menos tres unidades de vibración permite una extensión suficiente de los componentes que se van a conectar entre sí en su dirección longitudinal, de manera que, por ejemplo, se reduce suficientemente el balanceo de la parte movida.
De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, al menos tres unidades de vibración están sujetadas soportadas por resorte a un puente común.
También preferiblemente, las al menos tres unidades de vibración o cabezales de vibración (ver más abajo) están distribuidas uniformemente sobre la dirección longitudinal de la herramienta sobre el puente común o un componente que conecta los cabezales de vibración, . Debido a esta disposición uniformemente distribuida, las vibraciones se transmiten uniformemente por la herramienta aproximadamente transversalmente al eje longitudinal de la herramienta a aproximadamente toda la extensión longitudinal del componente que se puede conectar a la herramienta.
Una unidad de vibración conocida para las vibraciones por vibración consiste del al menos un par de bobinas electromagnéticas mencionadas anteriormente dispuestas en oposición una con respecto a la otra así como un vibrador soportado por resorte dispuesto entre ellas. El vibrador está sostenido por un paquete de resortes en un puente que preferentemente puentea las bobinas electromagnéticas. En el lado del vibrador que no está orientado al puente se fija una herramienta superior al vibrador directamente o por medio de un elemento de acoplamiento. Para armonizar las vibraciones entre las al menos tres unidades de vibración, se ha demostrado que es ventajoso conectar las unidades de vibración individuales entre ellas por medio de un único puente común. De manera análoga a esto (ver más abajo), una pluralidad de cabezales de vibración se acoplan mecánicamente entre sí para actuar como una único cabezal de vibración. Este puente común, que por lo demás se proporciona individualmente en cada unidad de vibración, forma una base común para todas las unidades de vibración y los paquetes de resortes unidos a la misma. En este caso, la base se beneficia de la masa de los puentes individuales añadida a una masa de vibración general que de otro modo se proporcionaría en cada unidad de vibración individual.
Además de una armonización, estabilización y estandarización intencionales preferidas de las unidades de vibración individuales o de los cabezales de vibración para formar una vibración general, la vibración general se transmite de manera específica a la herramienta y al componente a través de la disposición uniformemente distribuida de las unidades de vibración. o cabezales de vibración. Las unidades de vibración o cabezales de vibración están dispuestos preferiblemente separados lateralmente unos de los otros, en conjunto con la extensión longitudinal de la herramienta. Esta disposición asegura que las unidades de vibración o los cabezales de vibración acoplados mecánicamente transmitan las vibraciones transversales a lo largo de la herramienta con el fin de soportar una vibración uniforme y reducir el balanceo de los componentes.
De acuerdo con otra realización preferida de la presente invención, una de la pluralidad de las unidades de vibración forma una unidad de vibración maestra, mientras que cada una de las unidades de vibración restantes forma una unidad de vibración esclava en relación con la unidad de vibración maestra, de modo que todas las unidades de vibración pueden ser operadas sincrónicamente
Este tipo de control armonizado de una pluralidad de unidades de vibración es conocido por el documento EP 1772 253 B1 , al que se hace referencia específica en lo que se refiere a la realización de tal control maestro / esclavo.
En una adición preferida al acoplamiento mecánico descrito anteriormente y, por lo tanto, a la sincronización de una pluralidad de unidades de vibración y/o cabezales de vibración, éstos están acoplados electrónicamente. Para ello se utiliza un circuito maestro/esclavo. Correspondientemente, el circuito maestro/esclavo forma un nivel de protección adicional para el funcionamiento coordinado de la pluralidad de unidades de vibración y/o cabezales de vibración.De esta manera, se reduce una posible tendencia residual de una pieza de trabajo a balancearse durante un proceso de soldadura.
De acuerdo con otra realización, también es preferible que el dispositivo de soldadura por vibración tenga al menos tres cabezales de vibración, que forman el vibrador múltiple acoplado mecánicamente . Cada uno de estos cabezales vibradores comprende al menos un par de bobinas electromagnéticas dispuestas una frente a la otra con un vibrador dispuesto entre estas bobinas. El vibrador siempre está unido en manera de vibración a un puente por medio de un conjunto de resorte. Esta realización preferida se distingue además por el hecho de que los puentes de los múltiples cabezales de vibración están conectados mecánicamente entre sí y que los cabezales de vibración también están conectados entre sí a través de la herramienta alargada.
De manera análoga a la combinación descrita anteriormente de una pluralidad de unidades de vibración, también se prefiere acoplar cabezales de vibración existentes entre sí que se pueden obtener como una unidad. De acuerdo con la idea de la presente invención, al menos tres cabezales de vibración están acoplados mecánicamente, preferiblemente en dos lados. En este caso, un lado de acoplamiento forma la conexión mecánica para los puentes individuales de estos cabezales de vibración. El otro lado de acoplamiento está formado por una herramienta que conecta los cabezales de vibración o por un elemento de acoplamiento dispuesto entre la herramienta y el cabezal de vibración.
Una unidad física que actúa como solamente un cabezal de vibración se produce desde N cabezales de vibración por el acoplamiento conjunto de los puestes unos a los otros y/o acoplando conjuntamente las unidades de vibración unas a las otras ya sea por una placa de base común a la que se atornilla la herramienta o por la misma herramienta. Esto da como resultado una sola frecuencia de resonancia y una dirección de vibración. Entonces ya no importa si el peso de la herramienta se distribuye uniformemente sobre las N placas de vibración o no, ya que la masa general de las unidades de vibración forma ahora la nueva masa de vibración. En consecuencia, esta conexión mecánica de la pluralidad de cabezales de vibración asegura que la pluralidad de cabezales de vibración vibren en sincronismo de fase y además con la misma amplitud.
Se ha revelado que los cabezales de vibración vibran mucho mejor, es decir, con menos gasto de energía y menos tendencia al balanceo, cuando sus dimensiones relacionadas con la masa están configuradas más largas en la dirección de vibración que transversalmente a la dirección de vibración. De acuerdo con otra realización preferida del diseño diferente del aparato de soldadura por vibración descrito más arriba, la pluralidad de unidades de vibración o la pluralidad de cabezales de vibración forman una unidad mecánica general que forma aproximadamente un contorno rectangular con una relación lateral de A/B > 1,0 , en el que uno forma un valor umbral inferior. En este contexto, se prefiere además elegir la relación lateral lo más grande posible en el contexto de las opciones de diseño y ergonómicas del dispositivo de vibración.
En este contexto, A y B describen las longitudes laterales de toda la unidad, que son significativas para la masa de la unidad general. Se supone que solo las partes de la carcasa que encierran el dispositivo no contribuyen significativamente a la masa de la unidad general. Por el contrario, los puentes acoplados, las placas base, las herramientas, las unidades de vibración y similares contribuyen substancialmente a la masa general. En este caso, el lado A se desplaza aproximadamente paralelo a la primera dirección de las vibraciones de las unidades de vibración o cabezales de vibración, y el lado B se desplaza aproximadamente paralelo a un eje longitudinal de la herramienta.
Se ha revelado que un tamaño y disposición de la unidad general de acuerdo con las dimensiones anteriores soporta mecánicamente el comportamiento de vibración de la pluralidad de unidades de vibración o cabezales de vibración conectados unos a los otros. En particular, hacen que la pluralidad de unidades de vibración o cabezales de vibración que están conectados mecánicamente unos a los otros actúen como un único cabezal de vibración. En este contexto, el tamaño de la relación lateral de toda la unidad es importante. Cuanto mayor es la relación lateral, más pronunciada es la tendencia de todo el sistema a vibrar en la primera dirección, es decir, paralela al lado A. La influencia asociada a la construcción de la unidad general asegura preferiblemente una vibración armonizada de las unidades de vibración o cabezales de vibración conectados unos a los otros con la misma frecuencia, fase y amplitud.
De acuerdo con otra realización preferida de la presente invención, el contorno aproximadamente rectangular de las unidades de vibración o cabezales de vibración conectados con la masa de vibración común tiene por lo tanto una relación lateral de A/B^2,0.
De acuerdo con otra realización preferida del presente dispositivo de soldadura por vibración, la herramienta para acomodar el componente tiene una longitud de al menos 1 m, preferiblemente una longitud de ^ 2 m. La longitud de la herramienta pone de relieve el hecho de que la combinación de varias unidades de vibración acopladas mecánicamente o cabezales de vibración que oscilan en la dirección transversal con una herramienta alargada soporta una soldadura por vibración estable en la dirección transversal a la herramienta o la longitud del componente respectivamente.
La presente invención también comprende el uso de un aparato de soldadura por vibración de acuerdo con cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente para soldar al menos dos componentes alargados que tienen una relación lateral de lado largo a lado corto mayor que uno, estando orientadas las vibraciones de soldadura casi paralelas al lado más corto de los componentes que van a ser conectados unos a los otros.
Además, la presente invención comprende un método para conectar los al menos dos componentes alargados por medio de soldadura por vibración, en particular con un dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con una de las realizaciones descritas anteriormente. El método de soldadura por vibración de acuerdo con la invención tiene los siguientes pasos: sujetar un componente alargado en una herramienta que está conectada mecánicamente a al menos tres unidades de vibración acopladas mecánicamente unas a las otras o a al menos tres cabezales de vibración acoplados mecánicamente unos a los otros de un dispositivo de soldadura por vibración, generando vibraciones del componente por la herramienta conectada a las unidades de vibración o a los cabezales de vibración de tal manera que una primera dirección de las vibraciones está orientada diferente a un eje longitudinal del componente, preferiblemente transversal al eje longitudinal del componente, y conectando los al menos dos componentes presionando el primer componente de vibración y el segundo componente uno contra el otro.
En este contexto, ha demostrado ser ventajoso transmitir las vibraciones de la pluralidad de unidades de vibración o cabezales de vibración acoplados al componente alargado de tal manera que, a pesar de su longitud, genere una vibración transversal fiable orientada transversalmente a su eje longitudinal para conectarse a otro componente. Esto se genera específicamente de manera que la pluralidad de unidades de vibración o los múltiples cabezales de vibración están mecánicamente acoplados unos a los otros. Preferiblemente, un primer acoplamiento es efectuado por la herramienta o por un elemento de acoplamiento utilizado con ella que establece una conexión simultánea con cada una de las unidades de vibración o cabezales de vibración además de la herramienta. En combinación con esto, también se prefiere conectar las unidades de vibración o los cabezales de vibración entre sí por medio de sus puentes. Correspondientemente, se consigue una disposición que actúa como un cabezal vibratorio que cubre una porción longitudinal suficiente del miembro alargado para transmitir vibraciones transversales a través del mismo para la conexión con otro miembro. Además, de la descripción anterior se deduce que las unidades de vibración o los cabezales de vibración están preferentemente acoplados mecánicamente unos a los otros dos veces, es decir, en el lado de la herramienta y en el lado del puente.
De acuerdo con la invención, las bobinas generadoras de vibraciones son preferiblemente cargadas por una fuente de alimentación y las unidades de vibración acopladas actúan como una única unidad de vibración.
Además del acoplamiento mecánico de varias unidades de vibración, el método de soldadura por vibración tiene los pasos adicionales: controlar al menos una unidad de vibración como unidad de vibración maestra o controlar al menos un cabezal de vibración como cabezal de vibración maestro y controlar las unidades de vibración restantes cada una como unidades de vibración esclavas o los cabezales de vibración restantes, cada una como cabezal de vibración esclavo en relación con la unidad de vibración maestra o el cabezal de vibración maestro. En base a este método preferido, se prefiere un acoplamiento electrónico además del ajuste mecánico de las unidades de vibración y/o cabezales de vibración mediante acoplamiento físico (ver arriba). El acoplamiento electrónico por medio de un control maestro/esclavo proporciona preferentemente soporte adicional para el funcionamiento sincronizado de las múltiples unidades de vibración y/o cabezales de vibración.
La presente invención incluye además un método de producción para un dispositivo de soldadura por vibración, que tiene los siguientes pasos: proporcionar al menos tres unidades de vibración o cabezales de vibración, cada uno de los cuales consta de al menos un par de bobinas electromagnéticas orientadas unas a las otras con un vibrador soportado por resorte dispuesto entre ellas , conectar las al menos tres unidades de vibración o cabezales de vibración por una herramienta alargada con la que se puede mover un componente a soldar, estando dispuesta la herramienta alargada en relación con las al menos tres unidades de vibración de tal manera que una primera dirección de las vibraciones de las unidades de vibración o de los cabezales de vibración está orientada de manera diferente a un eje longitudinal de la herramienta alargada.
En el contexto de este método de producción, también se prefiere unir las al menos tres unidades de vibración en una disposición paralela a un puente común. De acuerdo con otra alternativa, se prefiere acoplar mecánicamente los al menos tres cabezales de vibración en una disposición paralela de unos con los otros por sus puentes. Esto tiene el efecto ya descrito anteriormente de que las múltiples unidades de vibración o cabezales de vibración combinados unos con los otros actúan como un único cabezal de vibración.
De acuerdo con otra realización preferida de la presente invención, el método de producción comprende el paso adicional: conectar las unidades de vibración o los cabezales de vibración para formar una unidad general mecánica que define un contorno aproximadamente rectangular con una relación lateral preferiblemente A/B > 1,0, en la que A está dispuesto paralelo a una primera dirección de las vibraciones de las unidades de vibración o cabezales de vibración y B está dispuesto paralelo a un eje longitudinal de la herramienta.
4. Breve descripción de los dibujos que se acompañan.
Las realizaciones preferidas de la presente invención se explicarán con más detalle con referencia a los dibujos que se acompañan. En lo que sigue:
La figura 1 muestra una representación esquemática de una realización preferida de un cabezal de vibración, la figura 2A muestra una representación esquemática de dos componentes en forma de L dispuestos uno encima del otro, que deben soldarse uno al otro,
la figura 2B muestra una representación esquemática de dos componentes en forma de U que se van a soldar uno al otro,
la figura 3 muestra una realización preferida de un dispositivo de soldadura por vibración con tres unidades de vibración que están conectadas mecánicamente unas a las otras por una herramienta común,
la figura 4 muestra en una representación esquemática del dispositivo de vibración de acuerdo con la figura 5 en una representación en perspectiva con una herramienta para un componente en forma de U,
la figura 5 muestra una representación esquemática de una realización preferida de un dispositivo de soldadura por vibración con tres unidades de vibración que están conectadas físicamente unas a las otras por una herramienta común y un puente común,
la figura 6 muestra una representación en perspectiva de la realización preferida del dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con la figura 7,
la figura 7 muestra una vista lateral esquemática de una realización preferida del dispositivo de soldadura por vibración que consiste en tres cabezales de vibración, que están conectados unos a los otros por una herramienta común y un puente común,
la figura 8 muestra una vista en perspectiva de la realización preferida de la figura 4, que se representa aquí sin herramientas.
la figura 9 muestra un diagrama de flujo de una realización preferida del método de conexión de la presente invención y
la figura 10 muestra un diagrama de flujo de una realización preferida de un método de producción de acuerdo con la presente invención.
5. Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La figura 1 muestra un cabezal de vibración conocido 2 con una unidad de vibración preferida 20. La unidad de vibración 20 comprende un par de bobinas electromagnéticas 22 opuestas una a la otra. En este punto también se prefiere el uso de varios pares de bobinas electromagnéticas 22 dispuestas en oposición de una con la otra. Cuando se activan alternativamente, las bobinas 22 hacen que un vibrador 24 dispuesto entre ellas vibre linealmente. Para soportar la vibración del vibrador 24, el mismo es sujetado por un conjunto de resorte 26 a un puente 28 . El vibrador 24 está conectado a una herramienta 30. La herramienta 30 se utiliza para sujetar un componente con el fin de transmitir las vibraciones del vibrador 24 al componente. Si el componente que vibra se presiona contra otro componente, el calor de fricción generado por las vibraciones hace que se conecten los dos componentes. Correspondiendo a la disposición de las bobinas 22, el vibrador 24 y, por tanto, también la herramienta 30, vibra en la dirección longitudinal del vibrador 24 (véase la doble flecha en la figura 1).
Por lo general, los componentes B1, B2 vibran en la dirección longitudinal, es decir, en la dirección Y para conectarlos mediante soldadura por vibración. En el caso de los componentes preferidos en forma de L y de U B1, B2 de las figuras 2A y 2B, esto provocaría daños en los componentes. Para evitar daños, los componentes B1, B2 preferentemente se hacen vibrar en la dirección X, es decir preferiblemente transversal al eje longitudinal de los componentes B1, B2.
Con el fin de soldar de manera fiable un componente alargado B1, B2 con forma de U o de L que se desplaza en la dirección Y, se hace vibrar transversalmente a su dirección longitudinal, es decir, en la dirección X. Para ello, al menos tres unidades de vibración 20 o al menos tres cabezales de vibración 2 están acoplados mecánicamente unos a los otros para vibrar casi uniformemente. En este contexto, la unidad de vibración 20 designa la combinación de bobinas 22, vibrador 24, conjunto de resorte 26 y puente 28.
La dirección de vibración de las al menos tres unidades de vibración 20 está dispuesta paralela a la dirección X y, por lo tanto, transversal al eje longitudinal de los componentes B1, B2. Además, las unidades de vibración 20 están dispuestas paralelas una a la otra, como puede verse en la figura 3
Las al menos tres unidades de vibración 20 están distribuidas uniformemente en la dirección longitudinal de los componentes B1, B2 para transmitir la vibración lo más uniformemente posible sobre toda la longitud del componente o a una parte mayor de la longitud del componente. Por lo tanto, también se prefiere usar más de tres unidades de vibración 20 en una disposición paralela, por ejemplo, cuatro, cinco o seis unidades de vibración 20 o cabezales de vibración 2.
Las unidades de vibración 20 están todas preferiblemente conectadas directa o indirectamente a la misma herramienta 30 por medio de un elemento de acoplamiento común 40 . Estas soportan la operación preferencial de las múltiples unidades de vibración 20 con aproximadamente la misma frecuencia y amplitud. De esta manera, se logran resultados de soldadura fiables.
Dado el acoplamiento mecánico de las múltiples unidades de vibración 20 por medio de la herramienta común 30, el dispositivo de soldadura por vibración actúa como un único cabezal de vibración.
De acuerdo con otra realización preferida de la presente invención, la operación conjunta de al menos tres unidades de vibración 20 se mejora adicionalmente porque las unidades de vibración 20 están unidas a un puente común 28'. En consecuencia, el puente común 28' soporta y sujeta los paquetes de resortes múltiples 26, los pares de bobinas 22 y el vibrador 24 de la pluralidad de unidades de vibración 20. Esto se ilustra esquemáticamente en la figura 4. Como resultado, las al menos tres unidades de vibración 20 están doblemente acopladas mecánicamente unas a las otras es decir, por la herramienta 30, que preferiblemente se extiende de forma continua, y el puente común 28'.
Por razones de una representación simplificada, el elemento de acoplamiento 40 no se muestra en los dibujos esquemáticos de las figuras 4 y 5. Sin embargo, el elemento de acoplamiento 40 debe utilizarse preferentemente para conectar la unidad de vibración 20 y la herramienta 30.
Las figuras 6 y 7 muestran otra realización preferida de la presente invención. En lugar de la unidad de vibración 20 descrita anteriormente, al menos tres cabezales de vibración 2 están acoplados mecánicamente unos a los otros en una disposición paralela. De acuerdo con una alternativa preferida, el acoplamiento mecánico se realiza por medio de la herramienta continua 30. Para ello, la herramienta 30 está unida a cada cabezal de ajuste 2 por medio de un elemento de acoplamiento preferido 40 (no representado).
Como puede verse con referencia a la figura 6, cada cabezal de vibración 2 contiene una unidad de vibración 20 como subcomponente, como es conocido por el estado de la técnica de acuerdo con la figura 1.
Para soportar el funcionamiento conjunto de los cabezales de vibración 2, estos están preferiblemente conectados mecánicamente unos a los otros por medio de un elemento de conexión 50. El elemento de conexión 50 cumple así la misma función que el puente común 28' descrito anteriormente.
De la misma manera que en la disposición de la figura 4, los acoplamientos mecánicos por la herramienta 30 y el puente común 28' o el elemento de conexión 50 soportan el comportamiento de vibración de la soldadura por vibración en la dirección X, es decir, transversalmente al eje longitudinal de la herramienta 30 o los componentes 1, 2. Una unidad general mecánica 60 se produce por el acoplamiento mecánico doble de las unidades de vibración 20 o los cabezales de vibración 2 por la herramienta 30 y el puente común 28' o el elemento de conexión 50. Esta unidad general 60 tiene preferiblemente un contorno aproximadamente rectangular con lados A y B. El lado B discurre paralelo a la dirección Y o al eje longitudinal de la herramienta 30 y el componente B1, B2. El lado A está orientado en la dirección de vibración del dispositivo de soldadura por vibración, es decir, en la dirección X.
Con el fin de soportar mecánicamente un comportamiento de vibración en la dirección X, es preferible ajustar la longitud del lado A para que sea mayor o al menos igual a la longitud del lado B de la unidad genera l60 . Cuanto mayor es la relación lateral del lado A al lado B, más pronunciada es la tendencia mecánica del sistema general 60 a vibrar de manera estable en la dirección X. En la mayoría de los casos, una vibración armonizada con la misma frecuencia, fase y amplitud se produce durante la soldadura por vibración solo por esta razón con una selección apropiada correspondientemente de la geometría de la unidad general 60..
Por lo tanto, se prefiere que la relación lateral A/B de la unidad general 60 esté en un rango preferido de A/B > 1,0.
De acuerdo con otra realización preferida de la presente invención, que está dirigida, por ejemplo, a la conexión y producción de luces alargadas, paneles de instrumentos, paneles para muebles y/o construcciones de embalaje, la relación lateral A/B de la unidad general 60 se encuentra en un rango preferido de A/B > 2,0.
Además, se prefiere conectar las unidades de vibración acopladas o los cabezales de vibración (ver más abajo) con una herramienta con una longitud de al menos 1 m, preferiblemente una longitud de ^ 2 m. La longitud de la herramienta garantiza que las vibraciones transversales de la combinación de la pluralidad de unidades de vibración acopladas mecánicamente o cabezales de vibración que oscilan en dirección transversal se puedan transmitir uniformemente en toda la longitud del componente. Para ello, es ventajoso disponer las múltiples unidades de vibración o cabezales de vibración distribuidos uniformemente a lo largo de la longitud de la herramienta.
De acuerdo con otra realización preferida de la presente invención, una de la pluralidad de unidades de vibración 20 o uno de la pluralidad de cabezales de vibración 2 se opera como un maestro, como se describe en el documento EP 1 772 253 B1 . Correspondientemente, las al menos otras dos unidades de vibración o cabezales de vibración 2 se controlan como esclavos. En lo que se refiere al control específico maestro/esclavo se hace referencia al documento EP 1 772 253 B1 . También preferiblemente, dado el control maestro/esclavo direccionado, también se armoniza preferiblemente una vibración inarmónica, que preferiblemente evita que la herramienta o los componentes a conectar se balanceen. En este contexto, se hace notar que preferiblemente la unidad de vibración 20 dispuesta en el medio o el cabezal de vibración 2 dispuesta en el medio se usa como unidad de vibración maestra o cabezal de vibración maestro.
Las realizaciones preferidas del dispositivo de soldadura por vibración descritas anteriormente se usan preferiblemente para la soldadura por vibración de componentes alargados. Se trata preferentemente de luces, parachoques, salpicaderos o aplicaciones de ámbitos distintos al sector de la automoción. Estos componentes alargados se distinguen por una relación lateral del lado del componente largo al lado del componente corto superior a uno. Correspondientemente a la descripción anterior, las vibraciones para la soldadura por vibración de estos componentes son paralelas al lado corto de los componentes alargados.
El método de conexión de acuerdo con la invención para al menos dos componentes alargados mediante soldadura por vibración se resume utilizando el diagrama de flujo de la figura 9. En un primer paso S1, el componente alargado B1 se sujeta en la herramienta 30. De acuerdo con las realizaciones preferidas del dispositivo de soldadura por vibración descrito anteriormente, la herramienta se conecta mecánicamente a al menos tres unidades de vibración 20 o al menos a tres cabezales de vibración 2 del dispositivo de soldadura por vibración.
Posteriormente, en el paso S2, los componentes a conectar unos con los otros sufren vibraciones relativas por la herramienta 3 conectada a las unidades de vibración 20 o la herramienta 3 conectada a los cabezales de vibración 2. Estas vibraciones relativas no están orientadas de la misma manera que el eje longitudinal del componente, preferentemente transversalmente al eje longitudinal de los componentes.
De acuerdo con una realización preferida del presente método de conexión, al menos una unidad de vibración o al menos un cabezal de vibración 2 se controla como unidad de vibración maestra o como cabezal de vibración maestroa en el paso S3. Además, en el paso preferido S4, las unidades de vibración restantes 20 se controlan como unidades de vibración esclavas o los cabezales de vibración restantes 2 como cabezales de vibración esclavos en relación con la unidad de vibración maestra o el cabezal de vibración maestro. En el paso S5, los al menos dos componentes se conectan entonces poniendo en contacto el primer componente de vibración con el segundo componente B2.
Además, la presente invención incluye un método de producción para un dispositivo de soldadura por vibración, que se describe con referencia al diagrama de flujo de la figura 10 Este método de producción tiene los siguientes pasos: En primer lugar, en el paso H1, se proporcionan al menos tres unidades de vibración 20 o cabezales de vibración 2 con el diseño estructural ya descrito anteriormente. Posteriormente, en el paso H2, las al menos tres unidades de vibración 20 o los cabezales de vibración 2 se conectan unos a los otros por medio de la herramienta alargada 30. La herramienta 30 está conectada a las unidades de vibración 20 o a los cabezales de vibración 2 de tal manera que una primera dirección de las vibraciones de las unidades de vibración 20 o de los cabezales de vibración 2 está alineada diferentemente a un eje longitudinal de la herramienta alargada 30 .
En el siguiente paso H3, las al menos tres unidades de vibración 20 o cabezales de vibración 2 se unen en una disposición paralela a un puente común 28' o al elemento de conexión 50 descrito anteriormente. Debido al acoplamiento mecánico preferido de al menos tres unidades de vibración 20 o al menos tres cabezales de vibración 2 por medio de la herramienta 30 y el puente común 28' o el elemento de conexión 50, resulta una unidad mecánica general 60 del dispositivo de soldadura por vibración. Esta unidad mecánica general 60 tiene preferiblemente un contorno aproximadamente rectangular con una relación lateral de preferiblemente A/B^1,0 y más preferiblemente A/B^2. Las caras laterales A, B de la unidad general 60 están orientadas como se ha descrito anteriormente. Para soportar un comportamiento vibratorio armonizado de la unidad general 60, por lo tanto se prefiere conectar las unidades de vibración 20 o los cabezales de vibración 2 unos a los otros de acuerdo con el diseño de tal unidad general 60 (paso H4).
Lista de signos de referencia
2 cabezal de vibración
20 unidad de vibración
22 bobinas
24 vibrador
26 paquete de resortes
28 puente
28' puente común de una pluralidad de unidades de vibración 20
30 herramienta
40 elemento de acoplamiento
50 elemento de conexión
B1, B2 componentes

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de soldadura por vibración con un vibrador múltiple mecánicamente acoplado, con el dispositivo, que tiene las siguientes características:
a. al menos tres unidades de vibración (20), cada una de las cuales consiste en al menos un par de bobinas electromagnéticas (22) que se oponen entre sí, por medio de las cuales un vibrador soportado por resorte (24) dispuesto entre ellas es ajustable en vibraciones lineales en una primera dirección,
b. una herramienta alargada (30) por medio de la cual se puede mover un componente (B1, B2) para ser soldado y que se conecta mecánicamente a todas las unidades de vibración (20), en el que
c. las unidades de vibración (20) están dispuestas con respecto a la herramienta alargada (30) de tal manera que la primera dirección de vibración de las unidades de vibración individuales (20) está orientada aproximadamente transversalmente a un eje longitudinal de la herramienta (30) de tal manera que, durante un proceso de soldadura por vibración, dos componentes (B1, B2) se pueden soldar el uno al otro por vibraciones diferentes a una dirección longitudinal de los componentes (B1, B2), en particular transversal a una dirección longitudinal.
2. Dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las al menos tres unidades de vibración (20) están fijadas de una manera soportada por resorte en un puente común (28').
3. Dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que una de las unidades de vibración (20) forma una unidad de vibración maestra, mientras que las unidades de vibración restantes (20) forman cada una de ellas una unidad de vibración esclava con respecto a la unidad de vibración maestra de modo que todas las unidades de vibración (20) se pueden operar en sincronización.
4. Dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el vibrador múltiple mecánicamente acoplado tiene al menos tres cabezales de vibración (2) que comprenden cada uno el par de bobinas electromagnéticas opuestas (22) con el vibrador (24) dispuesto entre estas bobinas (22), cuyo vibrador (24) está unido de manera vibratoria en cada caso por medio de un paquete de resortes (26) a un puente (28), en el que
a. los puentes (28) de la pluralidad de cabezales de vibración (2) están conectados mecánicamente unos a los otros, y
b. los cabezales de vibración (2) están conectados unos a los otros por la herramienta alargada (30).
5. Dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las unidades de vibración (20) o los cabezales de vibración (2) acoplados mecánicamente entre sí forman una unidad mecánica general con una masa de vibración conjunta que define un contorno aproximadamente rectangular con una relación de lados de A/B > 1,0, preferiblemente A/B > 2, en el que A está dispuesto paralelo a la primera dirección de las vibraciones de las unidades de vibración (20), y B está dispuesto paralelo a un eje longitudinal de la herramienta (30).
6. Uso de un dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores para soldar al menos dos componentes alargados (B1, B2) que tienen una relación lateral de un lado largo a un lado corto mayor que uno, en el que las vibraciones de soldadura están orientadas casi paralelas. al lado más corto de los componentes (B1, B2).
7. Método para conectar al menos dos elementos alargados (B1, B2) mediante soldadura por vibración, en particular con un dispositivo de soldadura por vibración de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, comprendiendo el método los siguientes pasos:
a. sujetar un componente alargado (B1, B2) en una herramienta (30) que está conectada mecánicamente a al menos tres unidades de vibración (20) que están acopladas mecánicamente unas a las otras, o a al menos tres cabezales de vibración (2) que están acoplados mecánicamente unos a los otros, de un dispositivo de soldadura por vibración,
b. generar vibraciones del componente (B1, B2) por la herramienta (30) que está conectada a las unidades de vibración (20) o a los cabezales de vibración (2) de manera que una primera dirección de las vibraciones está orientada diferente a un eje longitudinal del componente (B1, B2), preferiblemente transversal al eje longitudinal del componente (B1, B2),
c. conectar los al menos dos componentes (B1, B2) presionando el primer componente de vibración (B1) y el segundo componente (B2) uno contra el otro.
8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, que tiene el paso adicional de:
controlar al menos una unidad de vibración (20) como unidad de vibración maestra, o controlar al menos un cabezal de vibración (2) como cabezal de vibración maestro, y
controlar las unidades de vibración restantes (20) cada una como unidad de vibración esclava, o los cabezales de vibración restantes (2) cada uno como cabezal de vibración esclavo con respecto a la unidad de vibración maestra o al cabezal de vibración maestro.
9. Método de producción para un dispositivo de soldadura por vibración, teniendo el método los siguientes pasos: a. proporcionar (H1) al menos tres unidades de vibración (20) o cabezales de vibración (2), cada uno de los cuales consta de un par de bobinas electromagnéticas (22) orientadas una hacia la otra, con un vibrador soportado por resorte (24) dispuesto entre ellas,
b. conectar (H2) las al menos tres unidades de vibración (20) o cabezales de vibración (2) por medio de una herramienta alargada (30) con la que se puede mover un componente a soldar, en el que la herramienta alargada (30) está dispuesta con respecto a las al menos tres unidades de vibración (20) o cabezales de vibración (2) de manera que una primera dirección de las vibraciones de las unidades de vibración (20) o cabezales de vibración (2) esté orientada de manera diferente a un eje longitudinal de la herramienta alargada (30).
10. Método de producción de acuerdo con la reivindicación 9, que tiene el paso adicional de:
sujetar (H3) las al menos tres unidades de vibración (20) o cabezales de vibración (2) en una disposición paralela en un puente común (28') o un elemento de conexión (50).
11. Método de producción de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 9 ó 10, que comprende el paso adicional de:
proporcionar las unidades de vibración (20) o cabezales de vibración (2), que están mecánicamente acoplados unos a los otros como una unidad mecánica general que define un contorno aproximadamente rectangular con una relación lateral de A/B > 1,0, en el que A está dispuesto paralelo a la primera dirección de las vibraciones de las unidades de vibración (20), y B está dispuesto paralelo a un eje longitudinal de la herramienta (30).
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