ES2928114T3 - Sonotrodo - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una estructura oscilante ultrasónica que comprende un cuerpo base cilíndrico con un eje central y una superficie lateral, en el que se introducen una pluralidad de ranuras que en una vista lateral de la superficie lateral discurren en ángulo con respecto al eje central. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sonotrodo
La presente invención se refiere a una estructura oscilante ultrasónica según el preámbulo de la reivindicación 1. Tal estructura oscilante ultrasónica se conoce por el documento CH 438810 A.
Un sonotrodo se conoce por el documento DE 4406818 C1. En el caso de este sonotrodo conocido, el cuerpo base está diseñado como un cilindro hueco en forma de olla y las ranuras están previstas como ranuras longitudinales que discurren linealmente en vista lateral. Un sonotrodo de este tipo puede usarse para convertir una oscilación longitudinal aplicada mediante un convertidor en una oscilación torsional. Se conocen otros sonotrodos con ranuras por el documento EP 2362752 A1, el documento US 2009/236938 A1, el documento US 2016/302816 A1 o el documento CN 108787407 A.
Partiendo de este estado de la técnica, el objetivo de la invención es crear una estructura oscilante ultrasónica con la que una oscilación longitudinal pueda convertirse más eficazmente en una oscilación torsional.
La solución para este objetivo se realiza mediante las características de la reivindicación 1. La conformación curvada de las ranuras conduce a que el material que se encuentra entre las ranuras se deforme muy fuertemente en el caso de una excitación con ultrasonido, de manera que la oscilación torsional deseada pueda generarse esencialmente de manera más eficaz y más marcada en el extremo no excitado del sonotrodo. Dado que la curvatura en el centro de una ranura se selecciona mayor que en los extremos de la ranura, se influye positivamente mediante esto en el comportamiento de oscilación torsional del cuerpo base. Básicamente, las ranuras también podrían estar configuradas como muescas con una base de muesca, sin embargo de acuerdo con la invención se extienden en la dirección radial del cuerpo base hasta que estas estén en contacto entre sí. Si bien las ranuras tienen en cada caso una pared periférica, sin embargo no tienen ninguna base o bien fondo.
Formas de realización ventajosas de la invención se describen en la descripción, el dibujo y las reivindicaciones dependientes.
Según una forma realización ventajosa, una cavidad coherente puede estar formada dentro de un cilindro macizo exclusivamente mediante las ranuras. En otras palabras, las cavidades formadas mediante las ranuras se comunican entre sí, sin embargo representan una única cavidad coherente dentro del cilindro macizo.
La forma básica del cuerpo base puede seleccionarse de manera cilíndrica circular al menos por secciones. Sin embargo, también han resultado ventajosos otros contornos para la sección transversal del cilindro. La sección transversal del cilindro también puede ser poligonal, al menos por secciones, por ejemplo en forma de hexágono, octógono o polígono. También es posible una configuración paralelepipédica del cuerpo base, al menos por secciones. Según otra forma de realización ventajosa, el cuerpo base puede ser un cilindro macizo. Mediante la previsión de las ranuras curvadas pudieron conseguirse muy buenos resultados a pesar de la masa comparativamente grande que ha de desplazarse en oscilaciones torsionales.
Los primeros ensayos han mostrado que pueden conseguirse buenos resultados si las ranuras se extienden en dirección axial sobre no más del 50 %, en particular sobre del 25 al 35 %, en particular sobre aproximadamente del 5 al 25 %, en particular sobre no más del 10 % de la longitud axial del cuerpo base.
Según otro aspecto de la presente invención, se refiere esta a un dispositivo de soldadura por ultrasonidos con un convertidor y una estructura oscilante ultrasónica del tipo descrito anteriormente, así como a un sistema de soldadura que comprende un generador y dicho dispositivo de soldadura por ultrasonidos.
A continuación, se describe puramente a modo de ejemplo la presente invención con ayuda de una forma de realización ventajosa haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:
la figura 1 una vista en perspectiva de una estructura oscilante ultrasónica en forma de un sonotrodo;
la figura 2 una vista lateral del sonotrodo de la figura 1;
la figura 3 una vista en sección a lo largo de la línea C-C de la figura 2; y
la figura 4 una vista en sección a lo largo de la línea B-B de la figura 2.
La figura 5 una vista en sección por otra forma de realización de un sonotrodo;
la figura 6 una vista en sección por una tercera forma de realización de un sonotrodo;
la figura 7 una vista en perspectiva de una estructura oscilante ultrasónica en forma de pieza de transformación de amplitud;
la figura 8 una vista en perspectiva de una estructura oscilante ultrasónica en forma de convertidor;
La figura 1 muestra un ejemplo de realización de una estructura oscilante ultrasónica en forma de un sonotrodo S. Este presenta como cuerpo base un cuerpo de sonotrodo cilíndrico 10 con un eje central M y una superficie lateral 12, en donde la longitud axial del cuerpo base 10 asciende aproximadamente al triple de su diámetro. En el ejemplo de realización representado, un total de seis ranuras 14, 15, 16, 17, 18 y 19 se han practicado en el cuerpo base cilíndrico 10 circular en la zona de la superficie lateral 12, que discurren de manera inclinada al eje central M en un vista lateral sobre la superficie lateral. En la zona de la superficie frontal superior del cuerpo base 10 se ha practicado un orificio roscado 20 para conectar el cuerpo base de manera conocida con un convertidor, que acopla energía ultrasónica al cuerpo base, o una pieza de transformación de amplitud.
La figura 2 muestra una vista lateral del sonotrodo de la figura 1, en donde puede distinguirse bien que las ranuras 14 a 19 en su extensión longitudinal, vistas en la vista lateral sobre la superficie lateral 12, no discurren en línea recta, sino de manera curvada. Lo mismo se aplica a una vista en planta de un desarrollo de la superficie lateral 12 del cuerpo base 10.
Además, puede distinguirse al menos aproximadamente de la figura 2 que la curvatura de cada ranura no es constante, sino que cambia a lo largo del eje central M. Así, en el ejemplo de realización representado, la curvatura es mayor en el centro de una ranura que en sus extremos. La extensión axial de las ranuras del ejemplo de realización representado asciende a aproximadamente el 30 % de la longitud axial total del cuerpo base 10.
Las figura 3 y la figura 4 muestran en cada caso secciones a lo largo de la línea C-C (figura 3) y la línea B-B (figura 4) de la figura 2. Mediante estas secciones puede distinguirse especialmente bien que las ranuras se extienden en dirección hasta que estas estén conectadas entre sí. Aunque el cuerpo base 10 no está diseñado como un cilindro hueco en este ejemplo de realización sino como un cilindro macizo, todas las ranuras dentro del cilindro macizo forman por tanto una cavidad coherente.
Como se ilustra además en la figura 2, las ranuras se extienden en dirección axial, es decir, en dirección del eje central M, sobre aproximadamente el 30 % de la longitud total del cuerpo base 10 y las ranuras están dispuestas excéntricamente con respecto a la longitud del cuerpo base 10.
Según otra forma de realización, también puede preverse un número impar de ranuras, por ejemplo, cinco o siete ranuras.
La figura 5 muestra otra forma de realización de un sonotrodo S, en donde los mismos números de referencia se usan para las mismas partes y secciones. El sonotrodo S representado en sección longitudinal en la figura 5 está constituido básicamente de la misma forma que el sonotrodo de la figura 1 a la figura 4. Sin embargo, en la zona de la superficie frontal delantera, es decir, la superficie de soldadura del sonotrodo, se ha practicado un orificio 22 central, de modo que la superficie de soldadura 24 del lado frontal está configurada en forma de anillo. El orificio 22 se estrecha en el desarrollo posterior y se extiende hasta en la zona de las ranuras, de manera que es posible plegar los cantos de la "cúpula" 26 de la cavidad formada por las ranuras en el interior del cuerpo base 10 y configurarla esencialmente sin cantos.
La figura 6 muestra una tercera forma de realización de un sonotrodo S, en donde de nuevo los mismos números de referencia se usan para las mismas partes y secciones. En esta forma de realización, se ha practicado igualmente un orificio 22 en la zona frontal delantera del cuerpo base 10, que desemboca en una cúpula 28 semiesférica. Sin embargo, el orificio 22 no se extiende hasta en la zona de las ranuras, sino que forma a su vez una superficie de soldadura 24 en forma de anillo.
En la zona del extremo en el lado posterior del sonotrodo se forma una brida de fijación 28 circundante. La extensión axial de las ranuras del ejemplo de realización representado asciende a aproximadamente el 25 % de la longitud axial total del cuerpo base 10.
La figura 7 muestra una vista en perspectiva de una estructura oscilante ultrasónica en forma de una pieza de transformación de amplitud A, que se puede montar entre un convertidor (figura 8) y un sonotrodo. Debido a las ranuras 14 a 19, una pieza de transformación de amplitud de este tipo también se puede utilizar para convertir oscilaciones longitudinales en oscilaciones torsionales. También en este caso puede preverse una brida de fijación 28 en el cuerpo base 10. En el extremo posterior del cuerpo base 10 está previsto un orificio roscado 20 para la conexión a un convertidor. Asimismo, en el extremo delantero del cuerpo base 10 se encuentra al menos un orificio roscado (no mostrado) u otro medio de conexión adecuado para la conexión con un sonotrodo.
Tal como también aclara la figura 7, las ranuras se extienden allí por una zona en la que cambia el diámetro exterior del cuerpo base 10, concretamente desde un diámetro exterior más pequeño en la zona del extremo inferior de la
figura 7 hasta un diámetro exterior más grande en la zona del extremo superior en la figura 7.
La figura 8 muestra una vista en perspectiva de otra forma de realización de una estructura oscilante ultrasónica, concretamente en forma de un convertidor K, en donde se usan de nuevo las mismas referencias para los mismos elementos. En este caso, en el extremo en el lado posterior del cuerpo base 10 del convertidor K están previstos elementos piezoeléctricos 30 de manera conocida, con los que se generan oscilaciones ultrasónicas longitudinales que luego se convierten en oscilaciones torsionales debido a las ranuras previstas en la zona del convertidor K. La extensión axial de las ranuras del ejemplo de realización representado asciende a aproximadamente el 25 % de la longitud axial total del cuerpo base 10. También en este caso puede estar previsto al menos un orificio roscado u otro medio de conexión adecuado en el extremo delantero del cuerpo base 10, por ejemplo, para establecer una conexión por arrastre de forma.
Tal como muestran la figura 7 y la figura 8, tanto la pieza de transformación de amplitud A como también el convertidor K pueden presentar un diámetro reducido en la zona de su extremo inferior.
Con los sonotrodos S de acuerdo con la invención puede crearse un dispositivo de soldadura por ultrasonidos, conectando un convertidor a través de la rosca 20 al extremo superior del cuerpo de sonotrodo 10, que genera de manera conocida oscilaciones ultrasónicas y acopla estas al sonotrodo. Del mismo modo, la pieza de transformación de amplitud A de acuerdo con la invención o el convertidor K de acuerdo con la invención con ranuras pueden ensamblarse para dar un dispositivo de soldadura mediante conexión a un sonotrodo.
Con un dispositivo de soldadura por ultrasonidos de este tipo puede crearse una instalación de soldadura que consiste en el dispositivo de soldadura por ultrasonidos mencionado anteriormente y un generador para excitar el convertidor. Durante la puesta en marcha de una instalación de soldadura de este tipo, la sección del cuerpo base que se encuentra por encima de las ranuras se desplaza en oscilación longitudinal, que a su vez deforman a modo de onda las almas que se encuentran entre las ranuras, de modo que la zona inferior del cuerpo base 10 se desplaza en una oscilación torsional alrededor del eje M, lo que resulta ventajoso en una amplia variedad de aplicaciones de soldadura.
Claims (10)
1. Estructura oscilante ultrasónica (S, A, K), que comprende un cuerpo base cilindrico (10) con un eje central (M) y una superficie lateral (12), en la que se han practicado varias ranuras (14 -19), que discurren de manera inclinada al eje central en una vista lateral sobre la superficie lateral, en donde las ranuras (14 -19) se extienden en la dirección radial del cuerpo base (10) hasta que estén en contacto entre sí, y las ranuras (14 -19) discurren de manera curvada en la vista lateral sobre la superficie lateral (12),
caracterizada por que
la curvatura no es constante y es mayor en el centro de una ranura (14 -19) que en los extremos de la ranura.
2. Estructura oscilante ultrasónica según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
el cuerpo base (10) es un cilindro macizo.
3. Estructura oscilante ultrasónica según la reivindicación 2,
caracterizada por que
está formada una cavidad continua dentro del cilindro macizo exclusivamente por medio de las ranuras (14 -19).
4. Estructura oscilante ultrasónica según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
presenta un diámetro reducido en sus extremos superior y/o inferior.
5. Estructura oscilante ultrasónica según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
las ranuras (14 - 19) se extienden en dirección axial sobre no más del 50 %, en particular sobre del 25 al 35 %, en particular sobre aproximadamente del 5 al 25 %, en particular sobre no más del 10 % de la longitud axial del cuerpo base (10).
6. Estructura oscilante ultrasónica según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
está previsto un número impar de ranuras.
7. Estructura oscilante ultrasónica según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
en el cuerpo base (10) se ha practicado un agujero ciego (22), que se extiende axialmente hasta en la zona de las ranuras.
8. Estructura oscilante ultrasónica según al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
es un sonotrodo (S), una pieza de transformación de amplitud (A) o un convertidor (K).
9. Dispositivo de soldadura por ultrasonidos, que comprende una estructura oscilante ultrasónica (10) según al menos una de las reivindicaciones anteriores.
10. Instalación de soldadura que comprende un generador y un dispositivo de soldadura por ultrasonidos según la reivindicación 9.
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