ES1163609U - Sonotrodo con sistema de refrigeración - Google Patents

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Abstract

1. Sonotrodo con sistema de refrigeración el cual comprende: - una pieza extrema (2) con un eje de simetría axial, estando dicha pieza extrema (2) prevista para vibrar a una frecuencia ultrasónica predeterminada a lo largo de una dirección susceptible de quedar orientada respecto a una superficie de trabajo donde se hallan dispuestas en superposición unas piezas de material plástico a soldar con una de las cuales contactará un extremo libre (2a) de dicha pieza extrema (2), estando unida dicha pieza extrema (2) a un cabezal para soldadura ultrasónica de materiales plásticos que comprende un transductor ultrasónico que integra una conexión a una fuente externa de fluido refrigerante; y - una canalización (3) definida en el cuerpo de dicha pieza extrema (2), con una salida al exterior, circulando dicho fluido refrigerante a través de la canalización (3), para refrigeración de la pieza extrema (2) caracterizado porque dicha salida al exterior del fluido refrigerante está proporcionada por una pluralidad de conductos (10), inclinados respecto a dicho eje de simetría de la pieza extrema (2), teniendo cada uno de dichos conductos (10) una salida (11) más próxima a dicho extremo libre (2a) que a un punto de conexión de dichos conductos (10) con la canalización (3).

Description

SONOTRODO CON SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
Campo de la técnica
La presente invención concierne a un sonotrodo con sistema de refrigeración del tipo
5 previsto para el fundido y soldado de materiales plásticos por medio de vibraciones ultrasónicas transmitidas por contacto. La invención concierne en general a un cabezal para soldadura ultrasónica de materiales plásticos que permite refrigerar al menos parte de un sonotrodo conectado a un transductor ultrasónico, y en particular a un cabezal con una disposición de canalizaciones de
10 refrigeración que permite trabajar a unas altas frecuencias y a unas altas amplitudes de oscilación sin que la pieza extrema que constituye o incluye uno o más sonotrodos sufra ningún daño.
Estado de la técnica
Por la solicitud de patente EP 2133191A1 de este inventor se conoce un sonotrodo dotado
15 de una pieza extrema prevista para vibrar a una frecuencia ultrasónica predeterminada a lo largo de una dirección susceptible de quedar orientada respecto a una superficie de trabajo donde se hallan dispuestas en superposición unas piezas de material plástico a soldar, habiéndose previsto una canalización definida en el cuerpo de dicha pieza extrema, con una salida al exterior, circulando dicho fluido refrigerante a través de dicha canalización, para
20 refrigeración de la zona de soldadura de los materiales plásticos.
Por otra parte por la US 6691909-B1 se conoce un sonotrodo con una pieza extrema a través de la cual se definen unos conductos de paso de un fluido refrigerante que desembocan radialmente en unos orificios de salida, pudiendo dichos orificios de paso combinarse con unas aletas distribuidoras de fluido.
25 Sin embargo en dichos dos antecedentes las desembocaduras de los orificios de pasaje o bien quedan alejados de la punta de dicha pieza extrema, con lo que no se consigue una adecuada refrigeración de la parte terminal o bien desembocan justo en la punta con riesgo de quedar obturados.
Breve descripción de la invención
30 La presente invención propone un sonotrodo con sistema de refrigeración.
Se entenderá que un sonotrodo está formado por un transductor ultrasónico, tal como un convertidor piezoeléctrico, previsto para generar una vibración a una frecuencia ultrasónica predeterminada, al que están acopladas o unidas de forma amovible una o más piezas extremas, cada una de las cuales previstas para vibrar a dicha frecuencia ultrasónica según una dirección susceptible de quedar orientada en relación a la zona de trabajo y en general perpendicular a unos materiales plásticos a ser soldados dispuestos por debajo de un extremo libre de dicha pieza extrema. Así pues el sonotrodo propuesto comprende, de un modo en sí conocido:
•
una pieza extrema con un eje de simetría axial, estando dicha pieza extrema prevista para vibrar a una frecuencia ultrasónica predeterminada a lo largo de una dirección susceptible de quedar orientada respecto a una superficie de trabajo donde se hallan dispuestas en superposición unas piezas de material plástico a soldar con una de las cuales contactará un extremo libre de dicha pieza extrema, estando unida dicha pieza extrema a un cabezal para soldadura ultrasónica de materiales plásticos que comprende un transductor ultrasónico que integra una conexión a una fuente externa de fluido refrigerante; y
•
una canalización definida en el cuerpo de dicha pieza extrema, con una salida al exterior, circulando dicho fluido refrigerante a través de la canalización, para refrigeración de la pieza extrema.
Sin embargo, de acuerdo con esta invención se propone que dicha salida al exterior del fluido refrigerante esté proporcionada por una pluralidad de conductos, inclinados respecto a dicho eje de simetría de la pieza extrema, teniendo cada uno de dichos conductos una salida más próxima a dicho extremo libre en relación a la distancia del mismo respecto a un punto de conexión de dichos conductos con la canalización.
Estas características permiten que dicha pluralidad de conductos repartan el fluido refrigerante por toda la pieza extrema, causando su refrigeración uniforme, y que la salida del fluido refrigerante se produzca fuera de la zona de soldadura, evitando que el fluido refrigerante entre en contacto con el material a soldar, y evitando también que dicho material a soldar pudiera entrar en contacto y obturar las salidas de la pluralidad de conductos.
La posición inclinada de cada uno de la pluralidad de conductos facilita la circulación del fluido refrigerante, y permite prolongar su recorrido por el interior de la pieza extrema sin alejarse demasiado del extremo libre, asegurando así una mayor superficie de intercambio térmico entre la pieza extrema y la pluralidad de conductos, pero sin producir su alejamiento
del extremo libre. Preferiblemente dicha inclinación estará comprendida entre los 40º y los 50º respecto al eje de simetría de la pieza extrema.
Según una realización adicional propuesta, la suma de las secciones de paso de los citados conductos es inferior al paso de la sección de dicha canalización de aporte de fluido refrigerante, determinando ello una expansión del fluido refrigerante al salir y proporcionando ello un incremento de la acción refrigerante. De este modo al introducirse el fluido refrigerante en cada uno de la pluralidad de conductos, dicho fluido se comprime, pero al estar el extremo opuesto de cada conducto abierto al exterior, se produce la expansión del fluido refrigerante al escapar por cada una de las salidas de la pluralidad de conductos, y se produce un efecto refrigerante adicional. La parte de cada uno de los conductos más próxima a la salida goza pues de una refrigeración adicional que se transmite al extremo libre de la pieza extrema por conductividad térmica al estar en contacto térmico, absorbiendo el calor producido en dicho extremo libre durante las tareas de soldado ultrasónico.
Preferiblemente dicha pluralidad de conductos comprende al menos tres conductos, y de forma recomendada sus correspondientes salidas estarán distribuidas a equidistancia angular, asegurando una refrigeración uniforme.
Según otra realización adicional, se propone que el extremo libre tenga una superficie de contacto con el material a soldar que comprenda una protuberancia central rodeada de una depresión anular de fondo cóncavo, desembocando las citadas salidas de los conductos en una zona adyacente a la periferia de dicha depresión anular.
Esta geometría permite un acople de dicho extremo libre con un material plástico a soldar o a fundir de una forma anular o tubular complementaria, consiguiendo su fusión y posterior solidificación en forma de remache.
El fluido refrigerante se propone que sea aire frio, u otro gas enfriado.
Se entenderá que las referencias a posición geométricas, como por ejemplo paralelo, perpendicular, tangente, etc. admiten desviaciones de hasta ±5º respecto a la posición teórica definida por dicha nomenclatura.
Se entenderá también que cualquier rango de valores ofrecido puede no resultar óptimo en sus valores extremos y puede requerir de adaptaciones de la invención para que dichos valores extremos sean aplicables a diferentes piezas plásticas a soldar, estando dichas adaptaciones al alcance de un experto en la materia.
Otras características de la invención aparecerán en la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización.
Breve descripción de las figuras
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:
-
la Fig. 1 muestra una vista lateral de la pieza extrema, con un extremo más delgado correspondiente con el extremo libre, y un extremo más ancho correspondiente con el extremo en contacto con el transductor ultrasónico, y en donde se ha indicado con línea discontinua la canalización central de suministro de fluido refrigerante y los tres conductos radiales que atraviesan dicha pieza extrema; y
-
la Fig. 2 muestra una vista frontal de la pieza extrema mostrada en la Fig. 1, vista desde su extremo libre.
Descripción detallada de un ejemplo de realización
La Fig. 1 muestra una realización, con carácter ilustrativo no limitativo, de un sonotrodo con sistema de refrigeración. El sonotrodo se compone de un transductor ultrasónico que genera una vibración ultrasónica a una frecuencia predeterminada a lo largo de una dirección, una pieza extrema 2 conectada a dicho transductor ultrasónico y estando dicha pieza extrema prevista para vibrar conjuntamente con el citado transductor ultrasónico en la citada dirección.
La pieza extrema 2 tiene un extremo libre 2a previsto para entrar en contacto, perpendicularmente y en la dirección de vibración, con unos materiales plásticos a ser soldados dispuestos debajo del citado extremo libre 2a.
La pieza extrema 2 es un cuerpo de revolución que tiene un eje de simetría axial paralelo a la dirección de vibración definiendo un cuerpo al menos parcialmente cilíndrico, y dispone de una canalización 3 en su centro, coincidente con el eje de simetría axial, que discurre desde un extremo coincidente con el transductor, hasta un extremo próximo al extremo libre, donde dicha canalización 3 intersecta tres conductos 10 dispuestos en simetría radial alrededor de dicho eje de simetría. Cada uno de dichos conductos 10 se extiende entre la canalización 3 y una salida 11 dispuesta en la pared cilíndrica de la pieza extrema 2.
El extremo de la canalización 3 adyacente al transductor se conecta mediante una conducción no mostrada, a una fuente de fluido refrigerante que tampoco aparece en las figuras adjuntas, suministrando un flujo de fluido refrigerante, que preferiblemente será un gas, en particular aire a presión, a través de dicha canalización 3, y posteriormente a través
5 de dichos conductos 10.
Dichos conductos 10 están inclinados aproximadamente 45º respecto al citado eje de simetría, de modo que las salidas 11 están más próximas al extremo libre 2a de la pieza extrema 2 que a la conexión de los conductos 10 con la canalización 3 interior de la pieza extrema 2.
10 En la presente realización, la suma de las secciones de los tres conductos 10 es inferior a la sección de la canalización 3, de modo que el fluido refrigerante es comprimido al introducirse en los conductos 10, y se expande en la salida 11 abierta al exterior, produciendo un enfriamiento adicional. Se entenderá que el número de conductos 10 puede ser diferente a tres, sin que ello modifique en lo esencial el alcance de la invención,
15 pudiendo ser cuatro, cinco, seis, o cualquier otro número de conductos 10.
Los conductos 10 están en contacto térmico con el extremo libre 2a, por lo que el calor generado en dicho extremo libre 2a durante las tareas de soldado, es transmitido por conductividad térmica hasta los conductos 10, donde el fluido refrigerante extrae dicho calor de la pieza extrema produciendo su enfriamiento.
20 El extremo libre queda adyacente y muy próximo a dichas salidas 11 y, en la presente realización, comprende una protuberancia central 12 rodeada de una depresión anular 13 de fondo cóncavo, y las citadas salidas 11 de los conductos 10 desembocan en una zona adyacente a la periferia de dicha depresión anular 13.
Se entenderá que las diferentes partes que constituyen la invención descritas en una
25 realización pueden ser libremente combinadas con las partes descritas en otras realizaciones distintas aunque no se haya descrito dicha combinación de forma explícita, siempre que no exista un perjuicio en la combinación.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Sonotrodo con sistema de refrigeración el cual comprende:
    • una pieza extrema (2) con un eje de simetría axial, estando dicha pieza extrema (2) prevista para vibrar a una frecuencia ultrasónica predeterminada a lo largo de una 5 dirección susceptible de quedar orientada respecto a una superficie de trabajo donde se hallan dispuestas en superposición unas piezas de material plástico a soldar con una de las cuales contactará un extremo libre (2a) de dicha pieza extrema (2), estando unida dicha pieza extrema (2) a un cabezal para soldadura ultrasónica de materiales plásticos que comprende un transductor ultrasónico que integra una conexión a una fuente
    10 externa de fluido refrigerante; y
    • una canalización (3) definida en el cuerpo de dicha pieza extrema (2), con una salida al exterior, circulando dicho fluido refrigerante a través de la canalización (3), para refrigeración de la pieza extrema (2)
    caracterizado porque dicha salida al exterior del fluido refrigerante está proporcionada por
    15 una pluralidad de conductos (10), inclinados respecto a dicho eje de simetría de la pieza extrema (2), teniendo cada uno de dichos conductos (10) una salida (11) más próxima a dicho extremo libre (2a) que a un punto de conexión de dichos conductos (10) con la canalización (3) .
  2. 2.-Sonotrodo según la reivindicación 1, en donde la suma de las secciones de paso
    20 de los citados conductos (10) es inferior al paso de la sección de dicha canalización (3) de aporte de fluido refrigerante, determinando ello una expansión del fluido refrigerante al salir y un incremento de la acción refrigerante.
  3. 3.-Sonotrodo según la reivindicación 1 o 2, en el cual dicha salida al exterior del fluido refrigerante comprende al menos tres conductos (10)
    25 4.-Sonotrodo según la reivindicación 3, en el cual las salidas (11) de los citados tres conductos (10) están distribuidas a equidistancia angular
    5,-Sonotrodo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el cual el extremo libre (2a) tiene una superficie de contacto con el material a soldar que comprende una protuberancia central (12) rodeada de una depresión anular (13) de fondo cóncavo, y
    porque las citadas salidas (11) de los conductos (10) desembocan en una zona adyacente a la periferia de dicha depresión anular (13).
    DIBUJOS
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