KR20200078524A

KR20200078524A - 초음파 용접 장치

Info

Publication number: KR20200078524A
Application number: KR1020207012984A
Authority: KR
Inventors: 스테판 뮬러; 라이너 바겐바흐
Original assignee: 슈운크 소노시스템스 게엠바하
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2038-10-10
Also published as: EP3706950B1; DE102017220079A1; CN111315526B; ES2942745T3; US11219964B2; CN111315526A; RS64107B1; KR102590091B1; JP7273812B2; MX2020004526A; HUE061971T2; WO2019091687A1; JP2021502254A; EP3706950A1; US20200338663A1; PL3706950T3

Abstract

본 발명은 소노트로드 헤드(15, 29) 상에 구현된 작업 표면(17)을 포함하고 상기 작업 표면(17)을 포함하고 앤빌(16)을 포함하는 길이방향 소노트로드 축(26)의 방향으로 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드(14, 28)를 포함하는 초음파 용접 장치(10)에 관한 것으로서, 용착물(20)을 수용하기 위한 용접물 수용부(19)는 상기 작업 표면(17)에 대향하여 배치된 앤빌(16)의 대향면(18)과 상기 작업 표면(17) 사이에 구현되며, 상기 초음파 용접 장치(10)는 상기 길이방향 소노트로드 축(26)의 방향으로 상기 작업 표면(17)에 대한 용착물(20)의 용접 위치(P)를 정의하기 위한 정지 장치(21)를 포함하며, 상기 대향면(18)은, 상기 대향면(18)이 상기 작업 표면(17)에 인접한 상기 소노트로드(14,28)의 진동 노드를 향해 하방으로 경사질 때 이러한 방식으로 상기 길이방향 소노트로드 축(26)을 향해 경사(α)로 배치되고, 상기 작업 표면(17)과 상기 대향면(18) 사이의 간격(a)은 상기 진동 노드(SK)를 향해 지속적으로 증가하고, 상기 대향면(18)이 상기 작업 표면(17)에 인접한 진동 노드(SK)를 향해 상방으로 경사질 때, 상기 작업 표면(17)과 상기 대향면(18) 사이의 간격(a)은 본질적으로 일정하게 된다.

Description

초음파 용접 장치

본 발명은 길이방향 소노트로드 축(longitudinal sonotrode axis)의 방향으로 길이방향 진동(longitudinal vibrations)을 방출하는 소노트로드를 포함하는 초음파 용접 장치(ultrasonic welding device)에 관한 것으로, 소노트로드 헤드(sonotrode head) 상에 구현된 작업 표면(work surface)을 포함하고. 앤빌(anvil)을 포함하며, 용착물(weld deposit)을 수용하기 위한 용접물 수용부(weldment accommodation)는 소노트로드(sonotrode)의 작업 표면 및 상기 작업 표면에 대향하여 배치된 앤빌의 대향면 사이에 구현되며, 상기 초음파 용접 장치는 길이방향 소노트로드 축의 방향으로 용착물(weld deposit)의 용접 위치(P)를 정의하기 위한 정지 장치(stop device)를 포함한다.

전술한 초음파 용접 장치(ultrasonic welding device)는, 냉각 유닛(cooling unit), 특히 에어컨(air conditioners) 또는 냉장고(refrigerators) 상의 유체 파이프(fluid pipes)로 사용되는 금속 튜브(metal tubes) 상의 엔드 용접(end weldings)을 구현하기 위해, 특히 한 쌍의 초음파 용접 집게(ultrasonic welding tongs)에 사용된다. 이러한 유형의 엔드 용접은, 튜브의 자유 단부에 배치된 충전 밸브(filling valve)가 엔드 용접이 분리되는 동시에 튜브 단부로부터 분리되는 방식으로, 유체 파이프를 포함하는 냉각 회로(cooling circuit)를 냉각제(cooling agent)로 충전한 후에 구현된다.

소노트로드의 작업 표면과 앤빌의 대향면 사이에, 전술한 용도에서 튜브로 형성된 용착물의 정확한 포지셔닝(positioning)을 가능하게 하기 위해, 정지 장치는 용접 위치에서 튜브와 접촉하는 초음파 용접 장치의 하우징 상에 제공되어, 튜브의 축 방향 위치가 길이방향 소노트로드 축의 방향으로 정의된다.

실제로는, 정지 장치의 배치에도 불구하고, 진동이 용착물에 가해지는 동시에 초음파 용접 장치의 조작자(operator)가 용착물에 힘을 가하지 않을 경우, 진동이 용착물에 가해지는 동안에 용착물이 정지 장치에 인접하는 것이 보장될 수 없으므로, 정지 장치에 대해 용착물을 가압한다. 이렇게 수동으로 생성된 클램핑력(clamping force)으로 인해, 용접이 실제로 복제 가능한 방식으로 처리될 수 있는 것을 항상 보장할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 용접 실행을 개선된 방식으로 반복할 수 있는 초음파 용접 장치를 제안하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 초음파 용접 장치는 청구항 1의 특징을 가진다.

본 발명에 따르면, 대항면이 작업 표면에 인접한 소노트로드의 진동 노드(vibration node) 쪽으로 하방으로 경사질 때 상기 작업표면과 상기 대향면 사이의 간격이 상기 진동 노드(vibration node) 쪽으로 연속적으로 증가하고, 상기 대향면이 상기 작업 표면에 인접한 진동 노드(SK) 쪽으로 상방으로 경사질 때, 작업 표면과 대향면 사이의 간격은 본질적으로 일정한 방식으로, 상기 대향면(counterface)은 길이방향 소노트로드 축 쪽으로 경사를 가지면서 배치된다.

본 발명은 소노트로드의 길이방향 진동이 소노트로드에 부착된 몸체의 병진 운동(translational motion)을 유도할 것이라는 구현화(realization)에 기초한다. 본 발명에 따른 초음파 용접 장치의 대안적인 실시예는, 용접물 수용부에서 작업 표면과 대향면 사이에 수용되는 용착물, 특히 튜브로 구현되는 용착물이, 조작자가 정지 장치의 방향으로 용착물에 클랭핑력을 가하지 않더라도, 정지 장치의 방향으로 병진 운동을 수행하도록 추가로 야기하며, 모든 예시에서 용착물은 전체 용접 공정 중에 그 위치에서 정지 장치에 대해 지속적으로 인접하게 되는 것을 보장하므로, 반복 가능한(replicable) 용접 공정이 용착물의 용접 위치와 관련하여 적어도 보장된다.

본 발명에 따른 해결방안은 대향면이 작업 표면에 인접한 소노트로드의 진동 노드 쪽으로 하방으로 경사지는지에 따라 본 발명의 대안적인 주제를 정의하며, 이러한 예시에서, 본 발명에 따르면, 작업 표면과 대향면 사이의 간격은 진동 노드(SK) 쪽으로 연속적으로 증가하거나, 또는 대향면이 작업 표면에 인접한 진동 노드(SK) 쪽으로 상방으로 경사지는지 여부에 의존해서, 이러한 예시에서, 본 발명에 따르면, 작업 표면과 대향면 사이의 간격은 본질적으로 일정하게 된다.

본 발명의 해결방안에 따르면, "본질적으로 일정한(essentially constant)"은 본 발명의 장점을 손상시키지 않는 한 약간의 편차(slight deviations)가 허용되는 것을 의미하며, 정지 장치의 방향으로 실현되는 병진 운동을 의미한다.

초음파 용접 장치의 제1 실시예에서, 작업 표면은 대향면이 작업 표면에 인접한 소노트로드의 진동 노드 쪽으로 하방으로 경사질 때 길이방향 소노트로드 축에 본질적으로 평행하게 배치된다.

선행 실시예에 따르면, "본질적으로 평행하게 배치된(essentially disposed parallel)"은 본 발명의 장점을 손상시키지 않는 한 약간의 편차가 허용되는 것을 의미하며, 정지 장치의 방향으로 실현되는 병진 운동을 의미한다.

초음파 용접 장치의 다른 유리한 실시예에서, 작업 표면은 대향면이 작업 표면에 인접한 소노트로드의 진동 노드 쪽으로 상방으로 경사질 때 대향면에 평행하게 배치된다.

작업 표면의 평행 배치(parallel arrangement)를 달성하기 위해, 소노트로드 헤드(sonotrode head)는 바람직하게는 선행 실시예에서 자유 소노트로드 단부(free sonotrode end) 쪽으로 증가하는 단면 높이(cross-sectional height)를 가진다.

대향면의 경사는 바람직하게는 길이방향 소노트로드 축(longitudinal sonotrode axis)에 대해 1°보다 작다.

더욱 바람직하게는, 대향면의 경사는 길이방향 소노트로드 축에 대해 0.5°보다 작고, 더욱 더 바람직하게는, 대향면의 경사는 0.1°보다 크고 0.3°보다 작다.

이하에서, 본 발명의 실시예는 도면에 의해 추가로 설명된다.

도 1은 초음파 용접 장치 및 소노트로드의 작업 표면과 앤빌의 대향면 사이에 형성된 용접물 수용부 상에 배치된 정지 장치가 제공된 용접 집게의 등각도를 도시한다;
도 2는 확대 측면도로 도 1에 도시된 용접물 수용부를 도시한다;
도 3은 등각도로 소노트로드를 도시한다;
도 4는 진동이 길이방향 축을 따라 가해지고 길이방향 축에 평행하게 배치 된 작업 표면을 가지는 종래 기술에 따른 소노트로드의 배치를 도시한다;
도 5는 본 발명에 따른 초음파 용접 장치의 제1 실시예에 따른 소노트로드 배치를 도시한다;
도 6은 본 발명에 따른 초음파 용접 장치의 제2 실시예에 따른 소노트로드 배치를 도시한다.

도 1은 초음파 용접 집게(ultrasonic welding tongs)로 구현되고 공유 집게 케이싱(13, shared tong casing)에 배치된 상부 집게부(11, upper tong part) 및 하부 집게부(12, lower tong part)를 가지는 초음파 용접 장치(10)를 등각도로 도시한다. 상부 집게부(11)는, 집게 케이싱(13)이 없이 도시된 특히 도 4 에서 예시되는 바와 같이, 초음파 용접 장치(34)의 소노트로드(14)를 포함하며, 상기 소노트로드(14)는 하부 집게부(12)상에 구현된 초음파 용접 장치(34)의 앤빌(16)에 대향하는 방식으로 소노트로드 헤드(15)를 가지면서 배치되고, 특히 도 2에서 보이는 바와 같이, 용접물 수용부(19)는 소노트로드(14)의 작업 표면(17)과 앤빌(16)의 대향면(18) 사이에 형성된다.

도시된 예시적인 실시예의 경우, 앤빌(16) 상에 구현된 대향면(18)이 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드(14)의 작업 표면(17)에 대해 이동될 수 있는 방식으로, 상기 앤빌(16)은, 작동 장치(actuation device)(추가적으로 도시되지 않음)에 의해, 소노트로드(14)의 소노트로드 헤드(15)에 대해 집게 케이싱(13)의 후방 부분에서 구현되는 피복 축(16) 주위로 피봇 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 소노트로드(14)의 작업 표면(17)과 앤빌(16)의 대향면(18) 사이에 구현되는 용접물 수용부(19)는, 이 사례에서, 작은 금속 튜브로 구현된 용착물(20)을 수용하는 역할을 한다. 도 2로부터 추가로 알 수 있는 바와 같이, 상부 집게부(11)에는 길이방향 소노트로드 축(26)의 방향으로 상대 위치가 변경될 수 있는 정지 장치(21)가 제공된다.

도 3은 소노트로드 넥(23)을 통해 소노트로드 본체(25, sonotrode body)에 연결된 소노트로드 헤드(15)를 포함하는, 종래의 방식으로 구현된 소노트로드(14)를 도시한다. 소노트로드 헤드(15)는 서로 평행하게 배치된 2개의 작업 표면(17)을 가지는 일정한 단면을 포함하고, 이로 인해, 제1 작업 표면(17)의 마모 후에 제2 작업 표면(17)을 앤빌(16)의 대향면(18)에 대향하게 이어서 배치하기 위해(도 2 참조), 소노트로드(14)는 공지된 방식으로 길이방향 소노트로드 축(26) 주위에서 180°로 회전될 수 있다.

소노트로드 헤드(15)에 인접하여, 소노트로드(14)는 0 에 접근하는 길이 방향 진동의 진폭을 가지는 진동 노드(SK)를 가지며, 상기 진동 노드(SK)는 도시된 실시예에서 소노트로드(14)의 유지부(22, retaining portion)에 구현되고 베어링(추가로 도시되지 않음)에 대해 소노트로드를 지지하는 역할을 한다.

초음파 용접 장치에서의 종래의 소노트로드 배치가 도 4에 도시되어 있는데, 소노트로드(14)의 작업 표면(17) 및 작업 표면(17)에 대향하여 배치된 앤빌(16)의 대향면(18) 둘 다는 길이방향 소노트로드 축(26)에 평행하게 배치된다.

본 발명의 제1실시예에서, 도 5는, 대향면(18)이 작업 표면(17)에 인접한 진동 노드(SK) 쪽으로 하방으로 경사지는 방식으로 대향면(18)이 길이방향 소노트로드 축(26)을 향해 경사 α로 배치되며 그리고 작업 표면(17)과 대향면(18) 사이의 간격(a)이 진동 노드(SK) 쪽으로 연속적으로 증가하는, 초음파 용접 장치(10)의 소노트로드 배치를 도시한다.

도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예의 소노트로드 배치에는, 도 3-5에 도시 된 소노트로드(14)와 달리, 소노트로드 넥(30)을 통해 소노트로드 본체(31)에 연결되며 일정한 단면을 갖지 않고 소노트로드 넥(30)으로부터 자유 소노트로드 단부(32, free sonotrode end) 쪽으로 증가하는 단면 높이(h)를 가지는 소노트로드 헤드(29)가 제공된다.

대향면(18)이 작업 표면(17)에 인접한 진동 노드(SK) 쪽으로 상방으로 경사지고 작업 표면(17)과 대향면(18) 사이의 간격(a)이 본질적으로 일정한 방식으로, 소노트로드(28)의 대향면(18)은 길이방향 소노트로드 축(26)을 향해 경사 α로 배치된다. 특히, 대향면(18)은 도시된 예시적인 실시예의 경우에 작업 표면(17)에 평행하게 배치된다.

Claims

길이방향 소노트로드 축(26)의 방향으로 길이방향 진동을 방출하는 소노트로드(14, 28)를 포함하는 초음파 용접 장치(10)로서, 소노트로드 헤드(15, 29) 상에 구현된 작업 표면(17)을 포함하고 앤빌(16)을 포함하며, 용착물(20)을 수용하기 위한 용접물 수용부(19)가 상기 작업 표면(17)과 상기 작업 표면(17)에 대향하여 배치된 상기 앤빌(16)의 대향면(18) 사이에 구현되며, 상기 초음파 용접 장치(10)는 상기 길이방향 소노트로드 축(26)의 방향으로 상기 작업 표면(17)에 대한 용착물(20)의 용접 위치(P)를 정의하기 위한 정지 장치(21)를 포함하며,
상기 대향면(18)이 상기 작업 표면(17)에 인접한 상기 소노트로드(14,28)의 진동 노드 쪽으로 하방으로 경사질 때는 상기 작업 표면(17)과 상기 대향면(18) 사이의 간격(a)이 상기 진동 노드(SK) 쪽으로 연속적으로 증가하고, 상기 대향면(18)이 상기 작업 표면(17)에 인접한 진동 노드(SK) 쪽으로 상방으로 경사질 때는 상기 작업 표면(17)과 상기 대향면(18) 사이의 간격(a)가 본질적으로 일정한 방식으로, 상기 대향면(18)은 상기 길이방향 소노트로드 축(26)을 향해 경사 α 로 배치되는 것을 특징으로 하는, 초음파 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 대향면(18)이 상기 작업 표면(17)에 인접한 상기 소노트로드(14,28)의 진동 노드(SK) 쪽으로 하방으로 경사질 때, 상기 작업 표면(17)은 상기 길이방향 소노트로드 축(26)에 본질적으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 대향면(18)이 상기 작업 표면(17)에 인접한 상기 소노트로드(14,28)의 진동 노드(SK) 쪽으로 상방으로 경사질 때, 상기 작업 표면(17)은 상기 대향면(18)에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
제3항에 있어서,
상기 소노트로드 헤드(29)는 단면 높이(h)를 가지며, 상기 단면 높이(h)는, 상기 작업 표면(17)의 평행 배치를 달성하기 위해, 자유 소노트로드 단부(32) 쪽으로 증가하는 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대향면(18)의 경사 α는 상기 길이방향 소노트로드 축(26)에 대해 1°보다 작은 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
제5항에 있어서,
상기 대향면(18)의 경사 α는 상기 길이방향 소노트로드 축(26)에 대해 0.5°보다 작은 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.
제6항에 있어서,
작업 표면 각도 α는 0.1°보다 크고 0.3°보다 작은 것을 특징으로 하는 초음파 용접 장치.