CZ307547B6 - Způsob a zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, při kterém se na povrchu předmětu nejdříve vytvoří v určeném místě alespoň jeden obvodový vryp (11), načež se na upevněný předmět působí silovým impulzem nebo impulzy, přičemž k oddělení části děleného předmětu se alespoň povrchová plocha obvodového vrypu (11) umístí s radiální vůlí mezi konce sonotrod (24) uspořádané kolem celého obvodu vrypu (11), přičemž konce sonotrod (24) a obvod vrypu (11) se ponoří do téže pracovní kapaliny, načež se z každé sonotrody (24) vyšle akustické vlnění do místa vrypu (11), čímž se dělený předmět v tomto místě zatíží tahovým napětím větším, než je mez pevnosti v tahu materiálu děleného předmětu. Vynález se týká zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu.

Description

Způsob dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, při kterém se na povrchu předmětu nejdříve vytvoří v určeném místě alespoň jeden obvodový vryp, načež se na upevněný předmět působí silovým impulzem nebo impulzy.

Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, který je předem opatřen obvodovými vrypy v místech, ve kterých má být předmět dělen, které obsahuje zdroj impulzní síly s volitelným výkonem a upínací prostředek pro uložení děleného předmětu vzhledem ke zdroji impulzní síly.

Dosavadní stav techniky

Pracnost a produktivita při velkosériové výrobě některých typů korálků, šatonů a podobných předmětů z trubiček nebo tyčí z křehkého materiálu, zvláště ze skleněných trubiček nebo tyčí malých průměrů, je ovlivněna především požadavkem na kvalitu povrchu jejich čel vzniklých dělením. V současné době se dělení provádí například sekáním nebo lámáním. Nedostatkem je nízká kvalita lomové plochy.

Dokument US 2436819 z roku 1944, který se týká výroby skleněných korálků, vychází ze svazku rovnoběžně těsně vedle sebe uspořádaných dlouhých skleněných trubiček. Prostory mezi povrchy trubiček jsou přitom zality materiálem rozpustným ve vodě, který po ztuhnutí vytvoří s trubičkami pevné těleso. To se potom řeže úzkým abrazivním kotoučem na kruhové desky, které se perou ve vodě. Tím se ztuhlý materiál rozpustí, načež se volné korálky suší. Nevýhodou je relativně náročná a nesnadně automatizovatelná operace vytvoření tuhého svazku skleněných trubiček i vymývání částic lepicího materiálu k vyčištění jednotlivých skleněných tělísek. Průměr svazku trubiček vyžaduje tuhý kotouč, což se promítne do tloušťky řezacího prostředku a tím i velké tloušťky řezu. Plocha řezu trubiček patrně nebude bez další dokončovací operace dostatečně hladká.

Dokument DE 102005054669 AI se primárně zabývá řezáním skleněných tabulí. V tabuli se v místě, ve kterém má být tabule rozdělena, provede přímá rýha řezacím kolečkem, jehlou nebo laserem. Do kontaktu se sklem se v blízkosti rýhy přivede ultrazvukový oscilátor, který se při frekvenci 20 až 30 kHz vede po skle podél rýhy, čímž se sklo v místě rýhy oddělí. Alternativně je uveden i způsob dělení skleněné trubičky, do jejíhož povrchu je předem vytvořena rýha. Kontaktní ploška ultrazvukového oscilátoru je pak vedena po obvodu trubičky v místě rýhy. Tento způsob je však technicky i ekonomicky nevyužitelný pro dělení trubiček malých průměrů například při výrobě skleněných korálků.

Cílem vynálezu je odstranit nedostatky dosavadního stavu techniky a vytvořit řešení, které by bylo ekonomické zvláště pro malé průměry skleněných trubiček a kterým by se dosáhlo požadované délky výsledných elementů vzniklých dělením a hladkého povrchu jejich čelních ploch.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, jehož podstatou je to, že k oddělení části děleného předmětu se alespoň povrchová plocha obvodového vrypu umístí s radiální vůlí mezi konce sonotrod uspořádané

- 1 CZ 307547 B6 kolem celého obvodu vrypu, přičemž konce sonotrod a obvod vrypu jsou v kontaktu s pracovní kapalinou, načež se z každé sonotrody vyšle akustické vlnění do místa vrypu, čímž se dělený předmět v tomto místě zatíží tahovým napětím větším, než je mez pevnosti v tahu materiálu děleného předmětu

Podle první varianty dělení jsou k vyvolání akustického vlnění všechny sonotrody synchronně buzeny napětím impulzního charakteru, které se koncentruje do místa vrypu.

Podle druhé varianty dělení jsou všechny sonotrody buzeny harmonickým napětím o frekvenci rovné vlastní frekvenci sonotrod, čímž se v místě vrypu vyvolá v kapalině opakovaný vznik kavitačních dutin a jejich následné imploze.

Tento způsob dělení trubičky přináší velmi kvalitní plochy čel preformy, neboť ráz působí současně na celém obvodu trubičky a působící síly jsou po celém obvodu stejnoměrně rozloženy.

Cíle vynálezu je dosaženo také zařízením k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, jehož podstatou je to, že zdroj impulzní síly je tvořen prstencem radiálně uspořádaných sestav, které vždy obsahují ultrazvukový oscilátor a na něj navazující sonotrodu, přičemž aktivní konce sonotrod obklopují ve vzdálenosti dané obvodovou radiální mezerou celý obvod vrypu v povrchu děleného předmětu, přičemž alespoň prostor radiální mezery je vyplněn pracovní kapalinou, kterou je zprostředkován kontakt mezi aktivními konci sonotrod a obvodovým vrypem.

Prostor obvodové radiální mezery je utěsněn vzhledem k bočním plochám sonotrod a dalším částem zdroje impulzní síly, přičemž boční plochy sonotrod a další části zdroje impulzní síly jsou uspořádány v prostoru suché komory. Prostor radiální mezery mezi konci sonotrod a povrchem trubičky je přitom připojen k nádržce pracovní kapaliny.

Objasnění výkresů

Část zařízení podle vynálezu určená k vlastnímu dělení skleněné trubičky nebo tyče (v dalším textu se pro zjednodušení uvádí termín „trubička“) je schematicky znázorněna na výkrese, kde je na obr. 1 šikmý pohled na dělicí zařízení s vloženou trubičkou, na obr. 2 čelní pohled ve směru osy trubičky na dělicí zařízení z obr. 1 umístěné ve skříni s pracovní kapalinou a na obr. 3 řez AA z obr. 2 vedený podélnou osou trubičky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Zařízení podle vynálezu k dělení trubičky 1 má dvě základní části. První část zařízení, která není předmětem vynálezu a není znázorněna, obsahuje řezný prostředek, například známé zařízení k narušení povrchu skleněné trubičky vytvořením obvodového vrypu 11 do vnějšího povrchu trubičky f. To se provádí některým ze známých řezných nástrojů, například řezacím kolečkem, jehlou, laserem a podobně. Důležité je, aby vrypy měly vzájemně stejnou vzdálenost a stejný tvar, tedy aby vrypy vytvořily stejné zeslabení průřezu stěny trubičky. Obvodový vryp představuje místo s výrazně nižší pevností oproti nenarušené části trubičky, proto k lomu a oddělení části trubičky 1 dojde řízené v místě tohoto vrypu. Oddělené části trubičky 1 jsou v dalším textu uváděny jako „preforma“.

Druhou částí zařízení znázorněnou na obr. 1 je vlastní aktivní prostředek k odlomení preformy 12 od zbývající části trubičky 1, kterým je zdroj 2 impulzní síly. Zdroj 2 impulzní síly, má tvar plochého prstence, jehož vnější obvod je v příkladném provedení v podstatě osmiúhelník tvořený čtyřúhelníkovými podstavami radiálních jehlanovitých sestav 21 obklopujících obvod trubičky 1

-2CZ 307547 B6 a zužujících se směrem k této trubičce. Mezi vzájemně sousedícími plochami jednotlivých sestav jsou mezery 22, sestavy 21 se tedy vzájemně nedotýkají.

V obvodové části každé sestavy 21 je uspořádán ultrazvukový oscilátor 23 s piezoelektrickým elementem. Na ultrazvukový oscilátor 23 navazuje zužující se sonotroda 24. Konce sonotrod 24 vytvářejí krátký válcovitý otvor, případně osmiúhelníkový otvor, který obklopuje vnější obvod dělené trubičky 1. Mezi koncem sonotrod 24 a obvodem trubičky 1 je radiální mezera 25.

Ultrazvukové oscilátory 23 jsou schematicky znázorněnými vodiči 26 připojeny k přívodnímu vodiči 27 elektrického proudu a neznázoměnému ovládacímu systému.

Kontakt sonotrod 24 s dělenou trubičkou 1 je u popisovaného zařízení zprostředkován pracovní kapalinou, kterou je obvykle voda. S pracovní kapalinou je v kontaktu konec sonotrod 24 přivrácený k dělené trubičce 1 a povrch trubičky 1 v místě vrypu 11, jak je znázorněno na obr. 1. Současně je však potřebné, aby další povrch sonotrod 24, ultrazvukové oscilátory 23 a elektrické vodiče 26, 27, kterými jsou sonotrody 24 spojeny se zdrojem elektřiny, byly vůči kapalině izolovány.

V příkladném provedení podle obr. 2 a 3 je proto aktivní prostředek, tedy zdroj 2 impuizní síly i s částí trubičky 1 s obvodovým vrypem 11, ve kterém má být preforma 12 odlomena, uložen v nádrži 3 s kapalinou. Potřebná výše uvedená izolace je příkladně řešena pomocí vnitřní suché komory 4 izolované schematicky znázorněným těsněním 13 mezer mezi sonotrodami 24 a dalšími neznázorněnými prostředky. Tak je zajištěno, že s kapalinou jsou v kontaktu pouze konce sonotrod 24 a k nim přivrácená část povrchu trubičky 1 v místě vrypu 11 a v jeho blízkém okolí. Trubička 1 je uložena v požadované poloze v blíže neznázoměném vodicím prostředku 14, který současně umožňuje po posunutí trubičky 1 zaplnění prostoru v místě vrypu 11 kapalinou.

Zařízení podle vynálezu umožňuje oddělování preforem 12 dvěma způsoby.

V prvním případě se do ultrazvukových oscilátorů 23 přivádí napětí impulzního charakteru, čímž všechny sonotrody 24 synchronně vysílají do kapaliny akustickou vlnu zaostřenou tvarem výstupní částí sonotrod 24 do místa vrypu 11 prakticky v celém jeho obvodu. Působením tlakové vlny na boky vrypu 11 dochází u jeho dna ke koncentraci tahového napětí, které převyšuje mez pevnosti v tahu materiálu trubičky 1. Výsledkem je odlomení příslušné preformy 12.

V druhém případě se do ultrazvukových oscilátorů 23 přivádí harmonické napětí o frekvenci rovné vlastní frekvenci sonotrod 24, čímž v kapalině vznikne akustické vlnění o vysoké intenzitě. To vyvolá v prostoru vrypu 11 opakovaný vznik kavitačních dutin. Při jejich implozi působí v prostoru vrypu silné tlakové rázy, které stejně jako v prvním případě způsobí odlomení příslušné preformy 12.

V obou případech následuje po odlomení preformy 12 posunutí trubičky o rozteč sousedících vrypů j_l a postup dělení se opakuje.

Způsob dělení trubičky 1 obvodovým rázem podle vynálezu přináší velmi kvalitní plochy čel preformy 12, neboť ráz působí současně na celém obvodu trubičky a působící síly jsou po celém obvodu stejnoměrně rozloženy.

Claims (9)

1. Způsob dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, při kterém se na povrchu předmětu nejdříve vytvoří v určeném místě alespoň jeden obvodový vryp (11), načež se na upevněný předmět působí silovým impulzem nebo impulzy, vyznačující se tím, že k oddělení části děleného předmětu se alespoň povrchová plocha obvodového vrypu (11) umístí s radiální vůlí mezi konce sonotrod (24) uspořádané kolem celého obvodu vrypu (11), přičemž konce sonotrod (24) a obvod vrypu (11) jsou v kontaktu s pracovní kapalinou, načež se z každé sonotrody (24) vyšle akustické vlnění do místa vrypu (11), čímž se dělený předmět v tomto místě zatíží tahovým napětím větším, než je mez pevnosti v tahu materiálu děleného předmětu.

2. Způsob dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu podle nároku 1, vyznačující se tím, že k vyvolání akustického vlnění jsou všechny sonotrody (24) synchronně buzeny napětím impulzního charakteru, které se koncentruje do místa vrypu (H).

3. Způsob dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu podle nároku 1, vyznačující se tím, že k vyvolání akustického vlnění jsou všechny sonotrody (24) buzeny harmonickým napětím o frekvenci rovné vlastní frekvenci sonotrod, čímž se v místě vrypu (11) vyvolá v kapalině opakovaný vznik kavitačních dutin a jejich následné imploze.

4. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, který je předem opatřen obvodovými vrypy (11) v místech, ve kterých má být předmět dělen, které obsahuje zdroj (2) impulzní síly s volitelným výkonem a upínací prostředek (14) pro uložení děleného předmětu vzhledem ke zdroji (2) impulzní síly, vyznačující se tím, že zdroj (2) impulzní síly je tvořen prstencem radiálně uspořádaných sestav (21) které vždy obsahují ultrazvukový oscilátor (23) a na něj navazující sonotrodu (24), přičemž aktivní konce sonotrod (24) obklopují ve vzdálenosti dané obvodovou radiální mezerou (25) celý obvod vrypu (11) v povrchu děleného předmětu, přičemž alespoň prostor radiální mezery (25) je vyplněn pracovní kapalinou, kterou je zprostředkován kontakt mezi aktivními konci sonotrod (24) a obvodovým vrypem (11).

5. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle nároku 4, vyznačující se tím, že prostor obvodové radiální mezery (25) je utěsněn vzhledem k bočním plochám sonotrod (24) a dalším částem zdroje (2) impulzní síly.

6. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že boční plochy sonotrod (24) a další části zdroje (2) impulzní síly jsou uspořádány v prostoru suché komory (4).

7. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle kteréhokoliv z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že prostor radiální mezery (25) je připojen k nádržce pracovní kapaliny.

8. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle nároku 7, vyznačující se tím, že nádržka pracovní kapaliny obklopuje suchou komoru (3).

9. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle kteréhokoliv z nároků 4 až 8, vyznačující se tím, že pracovní kapalinou je voda.

2 výkresy

-4CZ 307547 B6

Seznam vztahových značek:

I trubička

11 obvodový vryp (na povrchu trubičky)

12 preforma

13 těsnění (mezer mezi sonotrodami)

14 upínací prostředek trubičky (vzhledem k sonotrodám)

15 prostor s kapalinou (mezi konci sonotrod a obvodem trubičky)

2 zdroj impulzní síly (aktivní prostředek k odlomení preformy)

21 sestava (s ultrazvukovým oscilátorem a sonotrodou)

22 mezera mezi boky sonotrod

23 ultrazvukový oscilátor

24 sonotroda

25 radiální mezera (mezi koncem elektrod a obvodem trubičky)

26 vodič elektrického proudu (k ultrazvukovým oscilátorům)

27 přívodní vodič (elektrického proudu)

3 nádrž (s kapalinou)

4 suchá komora