CH709725B1 - Sonotrode à collet pour soudeuse ultrasonique. - Google Patents

Sonotrode à collet pour soudeuse ultrasonique. Download PDF

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CH709725B1
CH709725B1 CH01408/15A CH14082015A CH709725B1 CH 709725 B1 CH709725 B1 CH 709725B1 CH 01408/15 A CH01408/15 A CH 01408/15A CH 14082015 A CH14082015 A CH 14082015A CH 709725 B1 CH709725 B1 CH 709725B1
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Abstract

Une sonotrode à collet (200) pour une soudeuse ultrasonique a un corps et un collet (202) sur lequel une pointe de sonotrode (201) remplaçable peut être placée. Le collet (202) a une pluralité de fentes axiales qui divisent le collet (202) en sections et un alésage conique s’étendant axialement en s’élargissant vers l’extérieur au fur et à mesure qu’il s’étend axialement vers l’extérieur. Le corps a un alésage fileté adapté pour engager une partie interne filetée d’un verrou de collet (220). Les sections du collet (202) sont forcées vers l’extérieur contre une paroi interne de la pointe de la sonotrode (201) lorsque la pointe de la sonotrode (201) est reçue sur le collet (202) et le verrou de collet (220) est serré dans l’alésage fileté pour assurer la fixation de la pointe de la sonotrode (201) sur le collet (202).

Description

Description Domaine technique [0001] La présente description concerne les soudeuses ultrasoniques, et en particulier une sonotrode à collet pour soudeuses ultrasoniques.
Art antérieur [0002] Cette section fournit des informations de base liées à la présente description qui ne font pas nécessairement partie de l’état antérieur de la technique.
[0003] Un modèle d’un dispositif de soudage de métal ultrasonique typique 100 est montré dans la fig. 1. Les composants typiques du dispositif de soudage de métal ultrasonique 100 incluent un transducteur ultrasonique 102, un amplificateur 104 et une sonotrode 106. Comme il est communément compris par les experts en soudage par ultrasons, une sonotrode est une barre métallique qui transfère l’énergie mécanique du transducteur ultrasonique à la pièce de travail. La sonotrode a une longueur typique d’une demi longueur d’onde à la fréquence de résonance à laquelle le transducteur ultrasonique résonne en actionnant la sonotrode. L’énergie électrique fournie par une alimentation 101 à une fréquence de 20-60 kHz est convertie en énergie mécanique par le transducteur ultrasonique 102. L’énergie mécanique convertie dans le transducteur ultrasonique 102 est transmise à une charge de soudure 108 (comme par exemple deux pièces de métal 112,114) à travers l’amplificateur 104 et la sonotrode 106. L’amplificateur 104 et la sonotrode 106 accomplissent les fonctions de transmission de l’énergie mécanique aussi bien que de transformation des vibrations mécaniques à partir du transducteur ultrasonique 102 par un facteur de gain.
[0004] La vibration mécanique qui résulte sur une pointe de la sonotrode 110 est le mouvement qui effectue la tâche d’assemblage de métaux par soudage. La pointe de la sonotrode 110 peut être en carbure de tungstène ou un autre matériel dur à haute résistance. Les pièces métalliques 112, 114 à assembler par soudage sont placées de manière adjacente à la pointe de la sonotrode 110. La pointe de la sonotrode 110 est mise en contact avec une pièce de métal supérieure 112 à souder. Dans la variante de la fig. 1, la sonotrode 106 comporte deux pointes de sonotrode 110, l’une d’entre elles est mise en contact avec la pièce de métal supérieure 112. Les vibrations axiales de la sonotrode 106 deviennent alors des vibrations de cisaillement vers la pièce de métal supérieure 112. Les vibrations de cisaillement sont transmises à la pièce de métal supérieure 112 qui effectue des mouvements de va-et-vient par rapport à la pièce de métal inférieure 114 de sorte que les surfaces des deux pièces métalliques butent l’une sur l’autre à une interface de soudure pour être chauffées, et finalement être fondues ensemble. Une enclume de soudage 120 supporte la pièce de métal inférieure 114. Il convient de préciser qu’une telle soudeuse ultrasonique peut être utilisée pour souder ensemble des couches multiples de feuilles de métal, comme par exemple plusieurs couches de feuilles d’aluminium ou de cuivre.
[0005] Un dispositif similaire est utilisé pour souder ensemble des pièces en plastique par ultrasons. La différence principale est que la sonotrode oscille de manière à transmettre des oscillations verticales dans les pièces en plastique. En d’autres termes, la sonotrode provoque une compression/décompression oscillante des pièces en plastique entre elles, de sorte que les surfaces des pièces en plastique butent l’une sur l’autre à une interface de soudure pour être chauffées, et finalement être fondues ensemble.
[0006] Des soudeuses ultrasoniques sont par exemple décrites dans les brevets US 5 658 408 «Method for Processing Workpieces by Ultrasonic Energy», et US 6 863 205 «Anti-Splice Welder» et dans la demande de brevet publiée US 2008/ 0 054 051 «Ultrasonic Welding Using Amplitude Profiling». Les descriptions complètes de ce qui précède sont incorporées ici par référence.
[0007] Les sonotrodes à ultrasons sont des éléments fondamentaux des soudeuses ultrasoniques. Dans le soudage par ultrasons de films de métal et de plastique et tissus, les sonotrodes sont des éléments d’usure en ce sens que la pointe de la sonotrode qui est en contact avec la pièce de travail à souder se détériore avec le temps. Cela exige que la sonotrode soit périodiquement remplacée, ce qui augmente les frais du procédé de soudage par ultrasons car les sonotrodes sont des composants relativement onéreux. Pour réduire ce coût, certaines sonotrodes ont des pointes remplaçables. Un type de pointe remplaçable a une partie de contact externe avec une tige filetée la prolongeant serrée dans un alésage fileté dans l’extrémité de la sonotrode pour assurer la fixation de la pointe remplaçable à la sonotrode. Dans un autre type, l’extrémité de la sonotrode a une tige saillant vers l’extérieur et sur laquelle la pointe remplaçable s’ajuste. Une partie à l’extrémité de la tige est filetée et un écrou frontal est ensuite serré sur la partie de l’extrémité filetée de la tige contre une surface frontale de la pointe remplaçable pour assurer la fixation de la pointe remplaçable à l’extrémité de la sonotrode.
Description sommaire [0008] Cette section fournit un résumé général de la description qui n’est pas une description complète de sa portée globale ou de toutes ses caractéristiques.
[0009] La sonotrode à collet pour une soudeuse ultrasonique selon l’invention comporte un collet saillant axialement vers l’extérieur à une extrémité d’un corps de la sonotrode à collet. Selon une variante, le collet saille vers l’extérieur à partir d’un épaulement de la sonotrode à collet. Le collet a une pluralité de fentes axiales qui le divisent en sections et un alésage conique s’étendant axialement en s’élargissant au fur et à mesure qu’il s’étend axialement vers l’extérieur de l’épaulement de la sonotrode à collet. La sonotrode à collet comporte un alésage fileté qui s’étend axialement vers l’intérieur à partir de l’extrémité du corps duquel le collet saille. Selon une variante, l’alésage fileté s’étend axialement vers l’intérieur à partir de Pépaulement de la sonotrode à collet. Le collet de la sonotrode à collet reçoit une pointe de sonotrode remplaçable qui est placée au-dessus du collet et contre l’épaulement de la sonotrode à collet. Un verrou de collet ayant une section interne filetée et une section externe conique est serré par filetage dans l’alésage fileté de la sonotrode à collet. Lorsque le verrou de collet est serré dans l’alésage fileté de la sonotrode, la section conique externe du verrou de collet force les sections du collet vers l’extérieur contre une paroi interne de la pointe de la sonotrode remplaçable qui entoure un alésage de la pointe de la sonotrode remplaçable assurant la fixation de la pointe de la sonotrode remplaçable sur le collet et à la sonotrode à collet.
[0010] D’autres domaines d’application ressortiront de la description ci-après. La description et les exemples spécifiques dans ce résumé sont destinés à l’illustration seulement et ne sont pas destinés à limiter sa portée.
[0011] Les figures décrites ci-après ne servent qu’à illustrer des formes de réalisation sélectionnées et non pas toutes les implémentations possibles, et ne sont pas destinées à limiter la portée de la présente description.
Fig. 1 est une vue schématique d’une soudeuse ultrasonique de l’art antérieur; fig. 2 est une vue en perspective d’une sonotrode à collet selon une variante avec une pointe de sonotrode rem plaçable fixée à un collet de la sonotrode à collet; fig. 3 est une vue en perspective de la sonotrode à collet de la fig. 2 sans la pointe de la sonotrode remplaçable fixée au collet; fig. 4 est une vue en perspective d’une portion d’extrémité de la sonotrode à collet de la fig. 3 désignée par une zone 4 dans la fig. 3; fig. 5 est une vue en coupe de la portion d’extrémité montrée à la fig. 4 de la sonotrode à collet de la fig. 3 selon l’axe 5-5 dans la fig. 4; fig. 6 est une vue en perspective d’une pointe de la sonotrode remplaçable; et fig. 7 est une vue en perspective d’un verrou de collet selon une variante de la présente description.
Les références numériques se rapportent aux pièces correspondantes dans les différentes vues des dessins. Description détaillée [0012] Des exemples de réalisation sont décrits ci-après plus complètement en faisant référence aux figures ci-jointes.
[0013] La fig. 2 montre une sonotrode à collet 200 et une pointe de la sonotrode 201 remplaçable fixée à un collet 202 (fig. 3) de la sonotrode à collet 200. La fig. 3 montre la sonotrode à collet 200 sans pointe de sonotrode 201 remplaçable fixée au collet 202. Le collet 202 saille axialement vers l’extérieur à une extrémité 205 d’un corps 203 de la sonotrode à collet 200, comme par exemple de l’épaulement 204 (fig. 4) de la sonotrode à collet 200 à la jonction de l’extrémité 205 du corps 203 et de l’extrémité interne axiale 207 du collet 202. Comme le montre la fig. 4, le collet 202 a une pluralité de fentes s’étendant axialement 206 qui divisent le collet 202 en une pluralité de sections 208. De façon illustrative, le collet 202 a quatre fentes axiales 206 disposées à équidistance autour du collet 202 divisant le collet 202 en quatre sections 208. Comme le montre la fig. 5, le collet 202 a un alésage conique 210 s’étendant axialement qui s’élargit radialement vers l’extérieur au fur et à mesure que l’alésage 210 s’étend axialement vers l’extérieur. En d’autres termes, le diamètre de l’alésage 210 augmente progressivement au fur et à mesure que l’alésage 210 s’étend axialement vers l’extérieur. Le corps 203 de la sonotrode à collet 200 comporte un alésage fileté 212 qui s’étend axialement vers l’intérieur d’une extrémité interne axiale 211 de l’alésage 210. Selon une variante, l’alésage fileté 212 s’étend également partiellement dans le collet 202. Il convient de préciser qu’il n’est pas nécessaire que tout l’alésage fileté 212 soit fileté. Le collet 202 peut, pour les besoins de l’illustration, avoir une section extérieure transversale généralement carrée avec des bords chanfreinés divisés par les fentes axiales 206. Il convient de préciser que le collet 202 peut avoir une section extérieure transversale autre que carrée avec des bords chanfreinés. Par exemple, le collet 202 peut avoir une section transversale polygonale avec des bords chanfreinés où le polygone est différent d’un carré. Le collet 202 pourrait également avoir une section transversale circulaire.
[0014] La fig. 6 montre la pointe de la sonotrode 201 remplaçable plus en détail. La pointe de la sonotrode 201 remplaçable a un alésage interne 214 défini par la paroi interne 215 de la pointe de la sonotrode 201 remplaçable entourant l’alésage interne 214. L’alésage interne 214 a une section transversale s’adaptant à la section transversale externe du collet 202. Pour les besoins de l’illustration, la pointe de la sonotrode 201 remplaçable a une section extérieure transversale carrée comme montrée dans la fig. 6. Il convient toutefois de préciser que la forme géométrique extérieure de la pointe de la sonotrode 201 remplaçable peut être autre que carrée et qu’elle peut avoir une autre forme qui est appropriée à l’application

Claims (5)

  1. pour laquelle la pointe de la sonotrode 201 remplaçable est utilisée. La pointe de la sonotrode 201 remplaçable peut comporter une ou plusieurs surfaces de contact 216 disposées comme montrées dans l’exemple de fig. 6 sur les côtés extérieurs 218 de la pointe de la sonotrode 201 remplaçable. La surface de contact 216 peut par exemple être une surface moletée. Il convient de préciser que la surface ou les surfaces de contact pourraient être disposées sur d’autres portions de la pointe de la sonotrode 201 remplaçable, comme par exemple sur une face frontale de la pointe de la sonotrode 201 remplaçable. [0015] La fig. 7 montre un verrou de collet 220 qui est utilisé pour assurer la fixation de la pointe de la sonotrode 201 remplaçable à la sonotrode à collet 200. Le collet 220 peut être considéré comme un boulon formé ayant une partie interne filetée à l’extérieur 222 et une partie externe conique 224 qui rétrécit radialement vers l’extérieur de la partie interne filetée 222. La partie externe conique 224 peut avoir un élément de réception d’outil 226 (fig. 2) dans une extrémité externe 228 (fig. 7) dans lequel un outil de fixation (non représenté) peut être inséré pour faciliter le serrage du verrou de collet 220 comme décrit ci-dessous. L’élément de réception d’outil 226 peut, pour les besoins de l’illustration, être une cavité hexagonale pour recevoir une clé Allen, mais il convient de préciser qu’il pourrait être autre qu’une cavité hexagonale. [0016] Pour assembler la pointe de la sonotrode 201 remplaçable à la sonotrode à collet 200, la pointe de la sonotrode 201 remplaçable est placée sur le collet 202 et vers le haut contre l’épaulement 204 de la sonotrode à collet 200. Le verrou de collet 220 est ensuite inséré dans l’alésage 210 du collet 202 et la partie interne filetée 222 dans l’alésage fileté 212 de la sonotrode à collet 200 et serrée. La partie interne filetée 222 est, pour les besoins d’illustration, un arbre fileté. Comme le verrou de collet 220 est serré, la partie externe conique 224 du verrou de collet 220 pousse les sections 208 du collet 202 radialement vers l’extérieur contre la paroi interne 215 de la pointe de la sonotrode 201 remplaçable assurant ainsi la fixation de la pointe de la sonotrode 201 remplaçable sur le collet 202 et à la sonotrode à collet 200. [0017] La description précédente des variantes a servi à l’illustration et à la description. Elle n’a pas pour but d’être exhaustive ou de limiter la description. Les éléments individuels ou les caractéristiques d’une variante particulière ne sont généralement pas limités à cette variante particulière, mais, le cas échéant, sont interchangeables et peuvent être utilisés dans une variante sélectionnée, même s’ils ne sont pas expressément montrés ou décrits. Ils peuvent également être variés de différentes manières. Ces variations ne doivent pas être considérées comme étant des dérogations à de cette description, et toutes ces modifications sont destinées à être incluses dans la portée de la description. [0018] Les termes relatifs à une position spatiale, comme par exemple «intérieur», «extérieur», «au-dessous de», «ci-des-sous», «inférieur», «ci-dessus», «supérieur», et similaire, peuvent être utilisés ici pour faciliter la description d’un élément ou de la relation de l’élément avec un autre(s) élément(s) comme illustré dans les figures. Les termes relatifs à la position spatiale peuvent être destinés à englober des orientations différentes du dispositif en service ou en opération en plus de l’orientation illustrée dans les figures. Par exemple, si le dispositif dans les figures est renversé, des éléments décrits comme «ci-dessous» ou «au-dessous de» d’autres éléments ou caractéristiques seraient alors orientés «ci-dessus» des autres éléments ou caractéristiques. Ainsi, le terme d’exemple «ci-dessous» peut englober soit une orientation ci-dessus, soit ci-dessous. Le dispositif peut être orienté d’une autre manière (tourné de 90 degrés ou dans d’autres orientations) et les descripteurs relatifs à la position spatiale utilisés ici peuvent être interprétés en conséquence. Revendications
    1. Sonotrode à collet (200) pour une soudeuse ultrasonique, comprenant: un corps (203); un collet (202) sur lequel une pointe de sonotrode (201) remplaçable peut être placée, le collet (202) saillant vers l’extérieur à une extrémité (205) du corps (203) de la sonotrode à collet (200), le collet (202) ayant une pluralité de fentes axiales (206) divisant le collet (202) en sections (208) et un alésage conique (210) s’étendant axialement en s’élargissant vers l’extérieur au fur et à mesure qu’il s’étend axialement vers l’extérieur; et le corps (203) ayant un alésage fileté (212) adapté pour engager une partie interne filetée (222) d’un verrou de collet (220), l’alésage fileté (212) s’étendant axialement vers l’intérieur d’une extrémité interne axiale (211) de l’alésage conique (210) s’étendant axialement; les sections (208) du collet (202) étant forcées vers l’extérieur contre une paroi interne (215) de la pointe de la sonotrode (201) lorsque la pointe de la sonotrode (201) est reçue sur le collet (202) et le verrou de collet (220) est serré dans l’alésage fileté (212) assurant la fixation de la pointe de la sonotrode (201) sur le collet (202).
  2. 2. Sonotrode à collet (200) selon la revendication 1, dans laquelle le collet (202) a une section transversale polygonale avec des bords chanfreinés divisés par les fentes axiales (206).
  3. 3. Sonotrode à collet (200) selon la revendication 1, dans laquelle le collet (202) aune section transversale généralement carrée avec des bords chanfreinés divisés par les fentes axiales (206).
  4. 4. Sonotrode à collet (200) selon la revendication 1 comprenant de plus le verrou de collet (220), le verrou de collet (220) ayant une partie externe conique (224) forçant les sections du collet (202) contre la pointe de la sonotrode (201) lorsque la partie interne filetée (222) du verrou de collet (220) est serrée dans l’alésage fileté (212).
  5. 5. Sonotrode à collet (200) selon la revendication 4 dans laquelle la partie interne filetée (222) du verrou de collet (220) est un arbre fileté.
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