ES1190783U - Sonotrodo refrigerado - Google Patents

Abstract

1. Sonotrodo (1) refrigerado, del tipo que comprenden una punta (2) generadora de energía por ultrasonidos que se encuentra acoplada a un convertidor generador de ultrasonidos directamente o a través de un modulador de amplitud, y que comprenden un conducto de suministro de un fluido refrigerante; caracterizado porque comprende una cavidad (5) interior y un subsonotrodo (6) repartidor del fluido (7) refrigerante dispuesto en el interior de dicha cavidad (5) provisto de formas, conductos o canales conductores del fluido refrigerante por el interior de la cavidad (5); comprendiendo dicha cavidad (5) unos accesos (8, 9) de entrada y de salida del fluido (7) refrigerante conectados a un circuito exterior de circulación de dicho fluido (7).

Description

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F.Efectiva

09/08/2017

imagen1

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0 9 AGO, 2017

g N T R A O A

SONQTRQDO REFRIGERADO

DESCR1PCION

Objeto de la Invencion

La presente invencion se refiere a un sonotrodo refrigerado. Pertenece al sector de la tecnica de code, remachado o soldadura por ultrasonidos con frecuencias desde 18.000 Hz hasta 75.000 Hz.

Antecedentes de la invencion

En la soldadura, remachado o corte por ultrasonidos, un cuerpo genera energfa por la accidn de ultrasonidos concentrados en su extremo distal y funde un material que se encuentra muy proximo, o normalmente en contacto con el mismo debido a la agitacion molecular a la que se somete a dicho material.

El cabezal de soldadura comprende dicho cuerpo, denominado sonotrodo, el cual tiene una punta o extremo distal generadora de energia mecanica por ultrasonidos, encontrandose dicho sonotrodo acoplado a un convertidor piezoelectrico generador de ultrasonidos a partir de una corriente electrica, o a traves de un modulador de la amplitud, tambien denominado booster, que la adapta a la requerida para conseguir alcanzar la temperatura adecuada a la soldadura, remachado o corte a realizar.

Dado que en la punta del sonotrodo se alcanzan temperaturas elevadas que se generan debido al contacto que el sonotrodo mantiene con el material plastico y que pueden deteriorar el material a cortar, remachar o soldar, se conocen sonotrodos refrigerados en los cuales se ha dispuesto interiormente un conducto de suministro de un fluido refrigerante

Lo mas usual es que dicho conducto suministre el fluido refrigerante y saiga o termine por el exterior del sonotrodo en la zona de soldadura, de forma que la refrigeracion alcance tambien al objeto a soldar o cortar. Sin embargo el contacto directo del fluido con dicho objeto muchas veces puede ser perjudicial o estar contraindicado, por lo que algunas variantes de sonotrodo reconducen las salidas del conducto fuera de la zona de soldadura, por ejemplo radialmente

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de forma divergente e inclinada. En estos casos el fluido refrigerante suele ser un gas - tipicamente aire- ya que si no lo que se tiene es una dispersion exterior incontrolada de un liquido. En otras variantes donde el fluido refrigerante sale por la punta o zona de soldadura igualmente se prefiere la utilizacion de aire, para no contaminar el objeto a soldar o cortar.

En ambos casos es dificil conseguir una refrigeracion eficiente de la zona extrema de la punta del sonotrodo sin perjudicar o contaminar la soldadura o code. Efectivamente, la utilizacion de aire o gas como refrigerante requiere altas velocidades y presiones para conseguir un caudal capaz de realizar una refrigeracion eficiente a traves de los pequenos conductos o aliviaderos de salida, lo que produce un fuerte soplado alrededor de la zona de soldadura que puede resultar indeseable Tambien ocurre que debido a la propia fusion del material plastico en los procesos de remachado, los orificios laterales ubicados cerca de la zona de remachado, quedan obturados por el propio material fundido. Igualmente la capacidad portante termica y de intercambio de calor de los gases es muy inferior a la de los liquidos.

Por otra parte, en ensayos con refrigeracion con liquidos no se han obtenido resultados satisfactorios, ya que no se consigue que el liquido circule lo suficientemente cerca de la zona de soldadura para refrigerar con efectividad si no es haciendo que dicho liquido saiga por la punta, muy cerca de la zona de soldadura, o directamente sobre la misma, con los problemas de incompatibilidad o contamination del objeto a soldar o cortar.

Descripcion de la invencion

El sonotrodo refrigerado de la invencion tiene una configuration que soluciona los problemas descritos.

El sonotrodo de la invencion es del tipo que comprenden una punta generadora de energia vibratoria por ultrasonidos que se encuentra acoplada a un convertidor generador de ultrasonidos directamente o a traves de un booster modulador de frecuencia, y que ademas comprenden un conducto de suministro de un fluido refrigerante.

De acuerdo con la invencion, el sonotrodo ademas comprende una cavidad interior y un subsonotrodo repartidor del fluido refrigerante dispuesto en el interior de dicha cavidad, lo cual quiere decir que el mismo esta provisto de formas, conductos o canales conductores del fluido

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refrigerante por el interior de la cavidad, comprendiendo ademas dicha cavidad unos accesos de entrada y de salida del fluido refrigerante conectados a un circuito de circulacidn de dicho fluido.

De esta forma se pueden dar formas al subsonotrodo capaces de alcanzar zonas muy cercanas a la punta del sonotrodo, y conducir a traves del mismo el fluido refrigerante a dichas zonas consiguiendo un enfriamiento completamente efectivo. Ademas, la conexion al circuito exterior de circulacidn del fluido permite recuperar el mismo y por tanto utilizar fluidos refrigerantes liquidos, que son mucho mas efectivos que los gaseosos, e incluso refrigerar los mismos si en dicho circuito exterior se anade una maquina enfriadora, pudiendo emplear fluidos refrigerantes de las mejores caracteristicas de intercambio y portabilidad de calor, al tratarse de un circuito en general cerrado. Ademas, la configuracion desmontable posibilita la limpieza o sustitucion del subsonotrodo en caso de rotura.

Breve Descripcion de los Dibujos

Figuras 1 y 2 - Muestran respectivamente una vista exterior y una seccion axial de una variante del sonotrodo de la invencidn, donde el subsonotrodo es mas corto y estrecho que la cavidad y comprende un conducto interior longitudinal provisto de una boca proximal dispuesta en su extremo proximal y otra boca distal dispuesta en su extremo distal, comprendiendo la cavidad, al menos, un segundo acceso alejado de la zona exterior de soldadura, que se encuentra desembocando por el exterior del sonotrodo.

Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva del subsonotrodo de la variante mostrada en las figuras 1 y 2.

Figura 4 - Muestra una vista esquematica radiografiada de otra variante del sonotrodo de la invencidn, donde el subsonotrodo es mas corto que la cavidad y tiene una anchura similar a la misma, comprendiendo dicho subsonotrodo unos canales perimetrales y comprendiendo dicha cavidad un primer acceso enfrentado a un primer canal y un segundo acceso enfrentado a un segundo canal, cuyos accesos desembocan por el exterior del sonotrodo alejados de la zona exterior de soldadura.

Figura 5 - Muestra tres vistas de tres posibles materializaciones del subsonotrodo para la

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variante de la figura 4.

Description de la Forma de Realizacion Preferida

El sonotrodo (1) refrigerado de la invencion es del tipo que comprenden una punta (2) generadora de energia por ultrasonidos que se encuentra acoplada a un convertidor, no representado generador de ultrasonidos directamente o a traves de un modulador de amplitud (booster), no representado, y que comprenden un conducto de suministro de un fluido refrigerante; y de acuerdo con la invencion dicho sonotrodo (1) comprende una cavidad (5) interior y un subsonotrodo (6) repartidor del fluido (7) refrigerante dispuesto en el interior de dicha cavidad (5); comprendiendo dicha cavidad (5) unos accesos (8, 9) de entrada y de salida del fluido (7) refrigerante conectados a un circuito exterior, no representado, de circulacion de dicho fluido (7).

Muy preferentemente, la cavidad (5) se encuentra prolongada hasta el extremo distal (10) del sonotrodo (1); teniendo dicho sonotrodo (1) un espesor en dicho extremo distal (10) (entre la cavidad (5) y la zona exterior de soldadura (11)) comprendido entre 3 y 15 milimetros para conseguir una optima refrigeracion del sonotrodo en dicha zona exterior de soldadura (11).

En una primera variante de la invencion mostrada en las figuras 1 a 3, el subsonotrodo (6) es mas corto y estrecho que la cavidad (5) (ver fig 2), y comprende un conducto interior (60) longitudinal provisto de una boca proximal (61) dispuesta en su extremo proximal (porfuera de la cavidad (5)) y otra boca distal (62) dispuesta en su extremo distal (en su punta) y que constituye un primer acceso (8) del fluido a la cavidad (5); comprendiendo dicha cavidad (5), al menos, un segundo acceso (9) alejado de la zona exterior de soldadura (11 ),y que se encuentra desembocando por el exterior del sonotrodo (1). En esta variante el fluido (7) discurre desde un acceso hasta el otro rodeando al subsonotrodo (6), preferentemente desde el primer acceso (8) hasta el segundo acceso (9) para tomar un primer contacto enfriador -en el cual el fluido (7) esta a menos temperatura- con el punto mas caliente del sonotrodo (1), el distal de soldadura. Dicho segundo acceso (9) se encuentra idealmente dispuesto en las paredes laterales del sonotrodo (1) lo que permite una facil mecanizacion transversal.

En una segunda variante de la invencion mostrada en las figuras 4 y 5 el subsonotrodo (6) es mas corto que la cavidad (5) y tiene una anchura similar a la misma; comprendiendo dicho

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subsonotrodo (6) unos canales perimetrales (65, 66) formados por el interior de la cavidad (5); y comprendiendo dicha cavidad (5) un primer acceso (8) enfrentado a un primer canal (65) y un segundo acceso (9) enfrentado a un segundo canal (66), cuyos accesos (8, 9) desembocan por el exterior del sonotrodo (1) alejados de la zona exterior de soldadura (11). En este caso el fluido (7) discurre desde el primer acceso (8) por el primer canal (65) hasta la zona de la punta, por donde pasa al segundo canal (66) y al segundo acceso (9), por donde sale, ya que es el propio subsonotrodo (6) el que se interpone, a modo de pared, entre los dos accesos (8, 9), forzando al fluido (7) a circular cerca de la punta del sonotrodo (1) al ser mas corto que la cavidad (6) pero igual de ancho que la misma. Idealmente en este caso los canales (65, 66) perimetrales se encuentran formados por unas aplanaduras opuestas longitudinales del subsonotrodo (6) como se ve en la fig 5, tambien ya que tienen una facil mecanizacion.

El subsonotrodo (6) comprende muy preferentemente unos elementos para union entre el sonotrodo (1) y el cuerpo anterior de la maquina de soldadura (convertidor o modulador), para servir esta pieza como nexo entre ambos aumentando su funcionalidad lo que redunda en bajar el coste de implementation de la invention. Dichos elementos de union comprenden idealmente una rosea (67) practicada (ver figs 3 y 5) en el sector proximal del subsonotrodo (6), habiendose previsto una rosea complementaria, no representada, en el cuerpo anterior, no representado, de la maquina de soldadura.

Preferentemente, la relacion de amplificacidn del sonotrodo (1) es de 1 a 7 como maximo, mientras que la relacion de amplificacion del subsonotrodo (6) o aguja es 1 a 1. Esto hace que la amplitud de la vibracion de dicha aguja sea siempre inferior a la del sonotrodo, incluso si el transductor proporciona una vibracion de mayor amplitud; el sonotrodo vibrara a mayor amplitud pero la relacion de reduccion de amplitudes entre sonotrodo y aguja se conservara. Coherentemente los esfuerzos a los que esta sometida la aguja o punta del subsonotrodo son menores a los esperados. Dicha aguja esta sometida a mucha menos tension que el sonotrodo. Con ello se garantiza que la resistencia del sonotrodo no se penaliza al disponer de una aguja en su interior

Por su parte, el fluido refrigerante utilizable preferentemente seria agua con glicol (por ejemplo con un el 15% en volumen de glicol) con un coeficiente Expansion Termica @0-100C (x10- 6 K-1 ) = 8,9 y conductividad Termica a 0-100C ( W m-1 K-1 ) = 21,9

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No obstante lo anterior, y puesto que la description realizada corresponde unicamente a un ejemplo de realizacion preferida de la invention, se comprendera que dentro de su esencialidad podran introducirse multiples variaciones de detalle, como por ejemplo en sonotrodos de 1 onda o de 1,5 ondas o tambien en geometrias diversas en funcion de la aplicacion industrial a procesar como por ejemplo sonotrodos bicilindricos, cilindro-pala, cilindro-rectangulares, prismaticos, exponenciales, catenoidales etc. asimismo protegidas, que podran afectar a la forma, el tamano o los materiales de fabricacion del conjunto o de sus partes, sin que ello suponga alteracion alguna de la invencion en su conjunto, delimitada unicamente por las reivindicaciones que se proporcionan en lo que sigue.

Claims (8)

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   REIVINDICACIONES
2. 1 .-Sonotrodo (1) refrigerado, del tipo que comprenden una punta (2) generadora de energia por ultrasonidos que se encuentra acoplada a un convertidor generador de ultrasonidos directamente o a traves de un modulador de amplitud, y que comprenden un conducto de suministro de un fluido refrigerante; caracterizado porque comprende una cavidad (5) interior y un subsonotrodo (6) repartidor del fluido (7) refrigerante dispuesto en el interior de dicha cavidad {5) provisto de formas, conductos o canales conductores del fluido refrigerante por el interior de la cavidad (5); comprendiendo dicha cavidad (5) unos accesos (8, 9) de entrada y de salida del fluido (7) refrigerante conectados a un circuito exterior de circulacion de dicho fluido (7).
3. 2. -Sonotrodo (1) refrigerado segun reivindicacion 1 caracterizado porque la cavidad (5) se encuentra prolongada hasta el extremo distal (10) del sonotrodo (1); teniendo dicho sonotrodo (1) un espesor en dicho extremo distal (10) comprendido entre 3 y 15 milimetros.
4. 3. -Sonotrodo (1) refrigerado segun reivindicacion 1 o 2 caracterizado porque el subsonotrodo (6) es mas corto y estrecho que la cavidad (5), y comprende un conducto interior (60) longitudinal provisto de una boca proximal (61) dispuesta en su extremo proximal y otra boca distal (62) dispuesta en su extremo distal y que constituye un primer acceso (8) del fluido a la cavidad (5); comprendiendo dicha cavidad (5), al menos, un segundo acceso (9) alejado de la zona exterior de soldadura (11), y que se encuentra desembocando por el exterior del sonotrodo (1).
5. 4. -Sonotrodo (1) refrigerado segun reivindicacion 3 caracterizado porque el segundo acceso (9) se encuentra dispuesto en las paredes laterales del sonotrodo (1).
6. 5. -Sonotrodo (1) refrigerado segun reivindicacion 1 o 2 caracterizado porque el subsonotrodo (6) es mas corto que la cavidad (5) y tiene una anchura similar a la misma; comprendiendo dicho subsonotrodo (6) unos canales perimetrales (65, 66) formados por el interior de la cavidad (5); y comprendiendo dicha cavidad (5) un primer acceso (8) enfrentado a un primer canal (65) y un segundo acceso (9) enfrentado a un segundo canal (66), cuyos accesos (8, 9) desembocan por el exterior del sonotrodo (1) alejados de la zona exterior de soldadura (11).

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   6 -Sonotrodo (1) refrigerado segun reivindicacion 5 caracterizado porque los canales (65, 66) perimetrales se encuentran formados por unas aplanaduras opuestas longitudinales del subsonotrodo (6).

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7. 7.-Sonotrodo (1) refrigerado segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el subsonotrodo (6) comprende unos elementos para union entre el sonotrodo (1) y el cuerpo anterior de la maquina de soldadura.

   10 8.-Sonotrodo (1) refrigerado segun reivindicacion 7 caracterizado porque los elementos de

   union comprenden una rosea (67) practicada en el sector proximal del subsonotrodo (6), habiendose previsto una rosea complementaria en el cuerpo anterior de la maquina de soldadura.

   15 9.-Sonotrodo (1) refrigerado segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado

   porque el sonotrodo (1) tiene una relacion de amplificacion de 1 a 7 como maximo, mientras que subsonotrodo (6) tiene una relacion de amplificacion de 1 a 1.
8. 10.-Sonotrodo (1) refrigerado segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores 20 caracterizado porque el fluido refrigerante comprende una mezcla de agua con glicol.