ES2119415T5 - Pieza de plastico y procedimiento de fabricacion para una pieza de esta clase. - Google Patents

Pieza de plastico y procedimiento de fabricacion para una pieza de esta clase.

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ES2119415T5 ES95913046T ES95913046T ES2119415T5 ES 2119415 T5 ES2119415 T5 ES 2119415T5 ES 95913046 T ES95913046 T ES 95913046T ES 95913046 T ES95913046 T ES 95913046T ES 2119415 T5 ES2119415 T5 ES 2119415T5
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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA PIEZA DE TRABAJO, EN PARTICULAR A UNA CAJA (6) PARA UN INTERRUPTOR ELECTRICO Y UN PROCEDIMIENTO PARA SU ELABORACION. LA PIEZA DE TRABAJO CONSISTE EN AL MENOS DOS COMPONENTES (7,8), CON PREFERENCIA CON MATERIAL TERMOPLASTICO, SOLDADOS CONJUNTAMENTE A LO LARGO DE UNA ZONA (10) DE COSTURA MEDIANTE RADIACION (11) LASER. LOS DOS COMPONENTES (7,8) DISPONEN DE TRANSMISION DIFERENTE MUTUA Y COEFICIENTES DE ABSORCION PARA EL ESPECTRO DE RADIACION (11) LASER, AL MENOS EN REGIONES PARCIALES. EL PRIMER COMPONENTE (8) ESTA DISEÑADO PARA TRANSMITIR AL MENOS PARCIALMENTE LA RADIACION (11) LASER AL AREA (10) DE COSTURA EN LA REGION DE UNA PRIMERA AREA (12) DE ACOPLAMIENTO EN DONDE LA RADIACION (11) LASER GOLPEA EL PRIMER COMPONENTE (8), DE DONDE UNA PARTE DE LA RADIACION (11) LASER PASA A TRAVES DEL PRIMER COMPONENTE (8) Y PUEDE PENETRAR EN UNA SEGUNDA AREA (13) DE ACOPLAMIENTO EN EL SEGUNDO COMPONENTE (7). EN LA REGION DEL AREA (10) DE COSTURA EN LA SEGUNDA ZONA (13) DE ACOPLAMIENTO, EL SEGUNDO COMPONENTE (7) ES ABSORBENTE AL MENOS PARCIALMENTE PARA LA RADIACION (11) LASER.

Description

Pieza de plástico y procedimiento de fabricación para una pieza de esta clase.
La invención se refiere a una pieza, en especial una carcasa para un interruptor eléctrico, según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un procedimiento para soldar partes de la pieza según el preámbulo de la reivindicación 7.
Las carcasas de plástico para interruptores eléctricos sirven para el alojamiento de los componentes eléctricos, como contactos fijos, contactos de conexión, etc., así como en su caso de otros componentes. Las carcasas constan por lo general de varias partes de carcasa, con una configuración por lo general compleja de su volumen. Las partes de la carcasa se ensamblan conjuntamente entre sí al realizar el montaje del interruptor, para lo que frecuentemente debe realizarse una unión fija entre las partes de la carcasa. Esta unión debe ser adaptada al contorno de las partes de la carcasa y por lo tanto puede tener una configuración con un volumen tridimensional.
En especial si las carcasas deben estar cerradas herméticamente hacia el exterior, es conocido ya el modo de unir entre sí las partes de la carcasa por medio de soldadura por ultrasonidos. El inconveniente de este procedimiento es que, debido a las vibraciones de los ultrasonidos, se pueden destruir las uniones por soldadura realizadas en los componentes eléctricos, así como los propios componentes eléctricos, con lo cual en último término el interruptor resulta inutilizable. Por lo tanto, existe la necesidad de disponer de un procedimiento para soldar las partes de la carcasa de interruptores eléctricos, que no dañe a los componentes eléctricos.
Por el documento DE-OS-36 21 030 es conocido el método de soldar entre sí láminas de plástico por medio del efecto de rayos láser. Para ello las láminas de plástico se colocan en posición plana una sobre otra. A continuación se hace pasar a través de las láminas un rayo láser enfocado, resultando las láminas calentadas en la zona de su unión, de tal modo que adoptan un estado líquido de fusión, de manera que después de su enfriamiento quedan unidas entre sí en la zona de unión.
En el caso de las láminas, se trata de piezas delgadas, de modo que es posible un calentamiento en toda la zona de la unión al pasar los rayos láser. De esta forma se consigue por regla general una unión aceptable por soldadura entre las láminas. Sin embargo, en el caso de materiales más gruesos, como en las carcasas de interruptores eléctricos, con el procedimiento de unión ya conocido solo es posible conseguir un calentamiento superficial de la pieza, con lo cual no se puede lograr por soldadura entre dos piezas ninguna unión que resulte utilizable. En especial, en el caso de piezas de carcasa de interruptores eléctricos la zona de unión está situada frecuentemente en el lado interior de la carcasa, por motivos de construcción. Una unión interior por soldadura de este tipo evidentemente no puede ser realizada con el procedimiento de unión conocido.
Además, por el documento EP-A2-0 159 169 es conocido un procedimiento para soldar placas de plástico por medio de rayos láser. En este procedimiento, sobre una primera placa, que está configurada en forma absorbente para el rayo láser mediante la utilización de un aditivo en el plástico, se coloca una segunda placa. Como aditivo se utiliza en aquella un colorante negro, preferentemente hollín. El plástico de la segunda placa no contiene aditivos, de modo que la segunda placa es prácticamente transparente para el rayo láser. A continuación actúa un rayo láser sobre la segunda placa, de modo que el rayo láser atraviesa la segunda placa y es absorbido en la primera placa, por lo que las superficies de contacto contiguas de ambas placas se funden y se unen entre sí al enfriarse a continuación.
El inconveniente de este procedimiento es que la segunda placa no puede contener ningún aditivo y está disponible en un estado no coloreado, de aspecto blanco lechoso, mientras que la primera placa está coloreada con un colorante negro. En consecuencia, las piezas fabricadas de este modo constan de partes con colores muy diferentes entre sí, por lo que resulta perjudicado el aspecto visual externo de las mismas. Sin embargo, precisamente en el caso de carcasas de interruptores eléctricos es deseable que toda la carcasa tenga un aspecto visual homogéneo, en especial en cuanto al color. Además, en el caso de las placas representadas en el citado documento de publicación se trata de estructuras planas, que deben ser soldadas entre sí en una superficie plana. Pero, las partes de carcasa, en especial las de interruptores eléctricos o similares, tienen por regla general geometrías complicadas, de modo que la zona de unión de las piezas que se deben unir entre sí debe seguir dicha geometría y por lo tanto no está limitada a un plano. En el citado documento de publicación no se propone ninguna forma de realización de zonas de unión complejas de estructura espacial. Por lo tanto, el procedimiento conocido no es adecuado para soldar piezas de carcasa, en especial para interruptores eléctricos.
Finalmente, por el documento EP-A1-0 483 569 es conocido un dispositivo para soldar una tapa de plástico, por medio de rayos láser, en un vaso de plástico que sirve para contener productos alimenticios. La tapa se coloca sobre un borde del tipo de brida del vaso de plástico y en esta zona la tapa está configurada en forma transparente a los rayos láser. Entre la tapa y el vaso, en el borde del tipo de brida, hay una capa que es absorbente de los rayos láser. En esta capa absorbente, la energía de los rayos láser se transforma en calor, de modo que se funde parcialmente el plástico en zonas de la tapa y del vaso, quedando soldados entre sí la tapa y el borde del tipo de brida.
La configuración detallada de la zona transparente y de la capa absorbente queda sin aclarar, de modo que también aquí aparecen los inconvenientes descritos ya para la propuesta del documento EP-A2-0 159 169. En especial debe destacarse que un vaso de plástico es ciertamente una pieza con un volumen espacial, pero la costura de soldadura entre la tapa y el vaso se extiende aquí a su vez en una zona plana del borde o configurada en forma plana. Por lo tanto, tampoco este documento de publicación proporciona ninguna idea para la configuración y la fabricación de una pieza compleja, que tenga especialmente zonas de unión que se extienden en un volumen espacial.
Otros documentos que proponen detalles de piezas compuestas de partes de piezas soldadas entre sí, están descritos a continuación. Todos estos escritos tienen en común el hecho de que su propuesta técnica respecto a la utilización en cada caso de una parte de pieza transparente a los rayos láser y absorbente de los mismos no añade nada a lo dicho en la propuesta del documento EP-A1-0 483 569.
Así, el documento GB-A-1 051 397 se refiere a la soldadura de dos discos semiconductores por medio de radiación óptica, constando los dos discos semiconductores de materiales diferentes con distintos coeficientes de absorción para la radiación.
La radiación óptica atraviesa primeramente el material con el menor coeficiente de absorción y funde los dos materiales en el punto de unión, de modo que allí se produce una soldadura. Ambos materiales pueden ser prensados entre sí durante la soldadura.
En el documento US-A-5 279 693 se describe un procedimiento para la soldadura por medio de rayos láser de una unión de cierre de cinta rugosa autoadhesiva, compuesta de material termoplástico, con una banda continua termoplástica. El cierre de cinta rugosa adhesiva, que se encuentra entre dos bandas de material, tiene un punto de reblandecimiento más bajo que las bandas, de modo que la energía del rayo láser, que es menor al atravesar una banda, es suficiente todavía para calentar el cierre de cinta rugosa autoadhesiva.
El documento FR-A-1 506 163 se refiere a un procedimiento para soldar materiales termoplásticos de capas por medio de rayos láser. En el punto de unión se encuentra situada una capa adicional compuesta de un colorante, de modo que se produce allí una mayor absorción de los rayos láser. De este modo, la zona contigua a dicha capa se calienta por medio de conducción térmica, con lo cual se obtiene la unión por soldadura.
En el documento US-A-3 477 194 se muestra un envase para productos, compuesto de cartón y materiales termoplásticos de recubrimiento. El cartón es impreso en los lados que deben ser soldados con una tinta absorbente de las radiaciones, por ejemplo una tinta que contenga carbono. A continuación el cartón es recubierto con una primera lámina termoplástica, se coloca en su interior el producto que se desea envasar y seguidamente se cubre con una segunda lámina termoplástica.
La radiación de rayos infrarrojos aplicada, que es producida por ejemplo por un aparato láser, es absorbida por la tinta y calienta las láminas, de modo que se produce la soldadura de las láminas.
El documento DE-U-9 015 782 muestra una máquina para cerrar un bote con una tapa de chapa. El borde del bote está unido al borde de la tapa por medio de una costura de soldadura en toda la circunferencia en un reborde en forma de pliegue. La costura de soldadura es realizada por medio de un rayo láser.
Por el documento WO 89/10 832 es conocido un procedimiento para soldar materiales termoplásticos por medio de presión y de calor. En este procedimiento, una herramienta, que tiene una zona transparente para la alimentación de la radiación de rayos infrarrojos, se coloca en el punto que se desea soldar, aplicando presión sobre ella. Una lámina colocada sobre los materiales o bien situada entre los materiales está configurada en forma absorbente de las radiaciones, de modo que el calor allí producido calienta los materiales mediante conducción térmica para obtener la soldadura.
El documento EP-A1-0 288 884 muestra diversas realizaciones para una costura de soldadura a tope, en el caso de realizar una soldadura por rayo láser de chapas metálicas o placas de plástico. En estas realizaciones, los flancos para la costura de soldadura a tope están perfilados en forma de ranura y lengüeta con diferentes secciones.
Finalmente, por el documento US-A-3 769 117 es conocida la soldadura de una cabeza de tubo con un cuerpo de tubo de plástico, por medio de rayos láser. El tubo va girando durante la operación de soldadura, ejerciéndose al mismo tiempo por medio de un rodillo una presión de apriete sobre la costura de soldadura.
Partiendo del documento EP-A1-0 483 569, la presente invención tiene por objeto configurar una pieza compuesta de varias partes de pieza, de tal modo que las partes de pieza, en especial en la zona de unión situada en el interior, que se extiende espacialmente en forma tridimensional, puedan ser unidas entre sí por medio de rayos láser, así como a un procedimiento para fabricar una pieza de esta clase.
Este objeto se soluciona en una pieza de la clase general indicada, por medio de las características expuestas en la reivindicación 1, así como en un procedimiento de la clase general indicada, por medio de las características expuestas en la reivindicación 7.
La invención se basa en la idea de que los rayos láser atraviesan esencialmente sin impedimentos la primera parte de la pieza, situada en el punto más próximo a la fuente de rayos láser, y son absorbidos en gran parte en la segunda parte de la pieza, con lo cual se consigue la fusión de las parte de la pieza en la zona de unión. Para ello la primera parte de la pieza, en las zonas que quedan sometidas a los rayos láser, está configurada en gran parte de modo que es transmisora para los rayos láser, mientras que la segunda parte de la pieza está configurada de modo que es ampliamente absorbente por medio de la correspondiente cantidad de aditivos. Con este fin, la primera parte de la pieza tiene un elevado coeficiente de transmisión, en comparación con la segunda parte de la pieza, y un coeficiente bajo de absorción, es decir, que la primera parte de la pieza tiene un mayor coeficiente de transmisión que la segunda parte de la pieza, y la segunda parte de la pieza tiene un mayor coeficiente de absorción que la primera parte de la pieza. Sin embargo, dado que ambas partes de la pieza contienen aditivos y debido a que éstos son opacos y no permiten el paso de los rayos láser en la zona visible para el ojo humano, se consigue así en forma ventajosa un aspecto óptico esencialmente homogéneo. Después de la soldadura, las diversas partes de la pieza no pueden ser ya distinguidas esencialmente por el ojo humano.
Otras realizaciones de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
En especial la segunda parte de la pieza puede estar configurada en forma absorbente en su superficie, de modo que los rayos láser penetren únicamente una pequeña distancia en la segunda parte de la pieza. De este modo se consiguen buenos resultados en la soldadura, incluso con pequeñas potencias del aparato láser. El coeficiente de transmisión y de absorción, que determina la medida de transmisión y de absorción para las dos partes de la pieza, puede ser ajustado por medio de aditivos en el plástico, por ejemplo pigmentos de colorante. Se ha comprobado que es favorable que la primera parte de la pieza esté ajustada para una transmisión T mayor del 60% y una absorción A menor del 30%, así como que la segunda parte de la pieza esté ajustada para una absorción A mayor del 90% y en especial para una transmisión T despreciablemente pequeña.
La zona de unión puede extenderse en un espacio tridimensional, así como en el interior de la pieza, en especial en el caso de piezas configuradas de forma compleja, de modo que las partes de la pieza puedan ser adaptadas de forma óptima para la respectiva finalidad de utilización. Para lograr una buen hermetizado del interior de la pieza, las paredes contiguas entre sí de las partes de la pieza pueden estar configuradas en forma solapada entre sí, pudiendo ser suficiente una soldadura por sectores en la zona de unión por medio de rayos láser en las zonas críticas, como esquinas, orificios de paso o similares. Las partes de la pieza que deben ser unidas entre sí pueden tener en la zona de ensamblado entre sí una parte de unión a tope solapada, en las más diversas configuraciones.
La calidad de la zona de unión puede aumentarse todavía más por medio del efecto de presión sobre la zona de unión hasta que se produce el enfriamiento. El efecto de la presión se realiza preferentemente en la zona contigua al foco de los rayos láser, de modo que no se impide la penetración de los rayos láser en la pieza. Sin embargo, también es posible utilizar medios de sujeción transparentes para el rayo láser, de modo que el efecto de la presión pueda ser realizado también directamente en la zona de incidencia de los rayos láser. En forma preferente, el efecto de la presión del movimiento de los rayos láser se realiza a lo largo de la zona de unión. Este movimiento de los rayos láser se puede efectuar de forma sencilla también de un modo programable en el espacio, por ejemplo utilizando un robot o un aparato de manipulación con varios ejes. De este modo, se pueden realizar de forma sencilla en especial soldaduras por sectores en puntos concretos de la pieza. Se puede conseguir otra optimización del procedimiento de fabricación, regulando los parámetros de funcionamiento de la fuente de rayos láser de acuerdo con los parámetros medidos del proceso, que actúan en la zona de unión, como por ejemplo la presión y la temperatura.
Las ventajas conseguidas por medio de la invención consisten en especial en que se puede conseguir una costura de soldadura de alta calidad, que puede estar configurada en forma de solapado o de unión a tope y que se puede extender en especial, por lo menos en parte, en el interior de la pieza, incluso en piezas con grandes grosores de pared, al realizar la soldadura mediante rayos láser. La realización de la costura se puede adaptar libremente a las necesidades de construcción, a diferencia de lo que ocurría en la soldadura por ultrasonidos habitual hasta ahora, es decir que la costura se puede situar en cualquier lugar que se desee del espacio de la carcasa. El recorrido de la costura de soldadura se puede realizar por medio de una conducción programable de los rayos láser o mediante un movimiento de la pieza, de modo que así resulta posible una fabricación flexible de las más diversas piezas. La soldadura de las partes de las piezas tiene lugar únicamente por medio de su calentamiento; en todo caso no se necesitan aditivos para la soldadura propiamente dicha. En especial en la fabricación de interruptores eléctricos se evita la producción de piezas defectuosas, puesto que no hay que temer la destrucción de los componentes eléctricos.
En los dibujos adjuntos se representan ejemplos de realización de la invención, que se describen a continuación con mayor detalle. En los dibujos se muestran:
- en la figura 1 esquemáticamente un dispositivo para la soldadura de una carcasa para un interruptor eléctrico;
- en la figura 2 una sección longitudinal a través de una carcasa;
- en la figura 3 un detalle en tamaño ampliado de la zona designada con X en la figura 1;
- en la figura 4 una sección longitudinal a través de una pieza de una carcasa en otra forma de realización;
- en la figura 5 una sección longitudinal a través de una parte de una carcasa en otra forma más de realización;
- en la figura 6 una sección longitudinal a través de la pared de una carcasa en otra forma de realización;
- en la figura 7 una sección longitudinal a través de la pared de una carcasa, también en otra forma de realización;
- en la figura 8 una sección longitudinal a través de la pared de una carcasa en otra forma más de realización;
- en la figura 9 una sección a través de una carcasa con configuración espacial compleja; y
- en la figura 10 una sección de corte a lo largo de la línea 10-10 de la figura 9.
En la figura 1 se representa esquemáticamente un dispositivo para soldar partes de piezas por medio de un rayo láser, correspondiendo al procedimiento preconizado en la invención. Este dispositivo consta de una fuente 1 de rayos láser, por ejemplo un aparato láser Nd:YAG, cuyo orificio de salida de la luz está conectado a un dispositivo 3 óptico por medio de un conductor 2 de luz flexible, de modo que la fuente 1 de rayos láser se puede posicionar en el espacio según se desee. El dispositivo 3 óptico está situado por encima de una placa 4 de soporte para las piezas, que se puede mover por medio de accionamientos a través de un mando, por ejemplo según se indica por medio de las flechas de dirección 5 en la figura 1. Naturalmente, el dispositivo 3 óptico puede estar configurado también en forma móvil.
Sobre la placa 4 de soporte para las piezas están colocadas convenientemente las partes de pieza que se deben soldar entre sí, concretamente las piezas para una carcasa 67, tratándose aquí, en el caso de la carcasa 6, de la carcasa para un interruptor eléctrico. La carcasa 6 consta de dos partes de carcasa, concretamente una base 7 de carcasa con forma de cubeta, que forma la segunda parte de la pieza, y una tapa 8 de carcasa, que representa la primera parte de la pieza. Tanto la base 7 como la tapa 8 de la carcasa están fabricadas de plástico, preferentemente de un material sintético termoplástico. Como se ve más detalladamente en la figura 2, la base 7 de la carcasa tiene un talón 9 saliente en toda su circunferencia, sobre el cual está colocada la tapa 8 de la carcasa. En el talón 9 saliente está soldada la tapa 8 de la carcasa por medio de rayos láser a lo largo de una zona 10 de unión, que se extiende continuamente por toda la circunferencia, sobre la base 7 de la carcasa, de modo que el interior de la carcasa 6 del interruptor eléctrico queda cerrado herméticamente, en especial protegido contra la penetración de polvo.
Como se puede ver además por la figura 1, la tapa 8 y la base 7 de la carcasa son calentadas a lo largo de la zona 10 de unión por medio de rayos 11 láser, que son enviados por el dispositivo 3 óptico hacia la carcasa 6, de modo que la base 7 y la tapa 8 de la carcasa adquieren en la zona 10 de unión un estado líquido fundido. De este modo se obtiene una unión de la base 7 y de la tapa 8 de la carcasa en la zona 10 de unión, que se solidifica al enfriarse a continuación y así forma una costura de soldadura. A continuación, en caso necesario, se puede realizar un tratamiento térmico de templado para estabilizar las tensiones de soldadura en la zona 10 de unión. Por medio del correspondiente movimiento de la placa 4 de soporte para las piezas y/o del dispositivo 3 óptico o de la fuente 1 de rayos láser, se consigue una zona 10 de unión alargada, que se extiende por toda la circunferencia de la carcasa 6. En caso de que sea suficiente, la carcasa 6 puede estar también soldada únicamente en puntos individuales, de modo que se obtiene así una zona de unión que no es continua, sino por sectores o partes. Al realizar la soldadura por sectores se pueden aplicar ventajosamente unas tensiones de soldadura menores, con lo cual en su caso puede resultar innecesario realizar un templado posterior.
Puede verse directamente que, por medio del correspondiente movimiento de la fuente 1 de rayos láser o del dispositivo 3 óptico y de las partes 7, 8 de la pieza entre sí, se puede producir en la carcasa 6 también una zona 10 de unión orientable, situada espacialmente en forma tridimensional. Con este fin, por ejemplo, la placa 4 de soporte para las piezas está configurada como aparato de manipulación de varios ejes, que puede moverse en tres dimensiones, según se indica con las flechas 5. Igualmente se puede utilizar para ello un robot, o bien se puede mover el dispositivo 3 óptico en la forma adecuada. El movimiento espacial deseado de la placa 4 de soporte para las piezas es programable, de modo que entonces, al realizar la soldadura, se produce la zona 10 de unión configurada espacialmente en la forma correspondiente. De este modo se pueden obtener ventajosamente, de forma flexible y con un manejo sencillo, zonas 10 de unión configuradas en forma compleja, como las que se presentan en especial en carcasas 6 para interruptores eléctricos.
Como puede verse en especial por la figura 2, la zona 10 de unión se encuentra en el interior de la carcasa 6, debido a su construcción, teniendo la zona 10 de unión una parte de unión a tope solapada, debido a la presencia del talón 9 saliente. De acuerdo con otra forma de realización de la invención, que puede verse en la figura 4, la tapa 8 y la base 7 de la carcasa están configuradas con una unión 17 a tope solapada entre ambas partes. En otra realización más de la invención según la figura 5, la base 7 y la tapa 8 de la carcasa tienen una unión 18 a tope que se solapa en forma de cuña. También en estas otras formas de realización, la zona 10 de unión se encuentra situada por lo menos en parte en el interior de la carcasa 6.
En otra forma de realización se muestra en la figura 6 una unión 19 a tope que se solapa en forma de talón saliente. Las partes 7, 8 de la pieza tienen respectivamente cada una un talón 20, 20' saliente que sobresale en voladizo desde su pared propiamente dicha, estando la zona 10 de unión situada en la parte de transición entre los talones 20, 20' salientes en voladizo. Los rayos 11 láser inciden en este caso aproximadamente en perpendicular sobre el talón 20 saliente en voladizo, en el lado opuesto al del talón 20' saliente en voladizo. Otras realizaciones de uniones a tope en forma de talones salientes pueden verse en las figuras 7 y 8. En la unión 21 a tope en forma de talón saliente de la figura 7, la parte 7 de la pieza está provista de un apoyo en forma de escalón, en el que está colocada la pared de la parte 8 de la pieza. Finalmente, en la figura 8 la parte 7 de la pieza está provista de un apoyo en forma de escalera, en el que está colocada la pared correspondiente de la parte 8 de la pieza, según una unión 22 a tope en forma de talón saliente.
Finalmente, en la figura 10 se muestra todavía otra unión 23 a tope mediante partes que se solapan entre sí en forma de ranura, con la que se consigue en especial un buen efecto de hermetizado a modo de junta laberíntica para impedir la penetración de polvo en el interior de la carcasa 6. Para esto, en la pared de la parte 8 de la pieza está realizada una ranura 24, en la que se encaja la correspondiente lengüeta 25 realizada en la pared de la parte 7 de la pieza. Los rayos 11 láser inciden aproximadamente en perpendicular sobre la superficie de la parte 8 de la pieza en la zona de la ranura 4, con lo cual se forma una zona 10 de unión entre la lengüeta 25 y la ranura 24 en el lado orientado hacia esta superficie de la parte 8 de la pieza.
En la figura 9 se muestra una sección a través de una parte 6 de la pieza, configurada en forma algo más compleja, en la que las paredes 26 tienen un contorno espacial tridimensional, que está adaptado a la respectiva finalidad de utilización. Una carcasa 6 compleja de este tipo se utiliza por ejemplo en un interruptor eléctrico para herramientas eléctricas manuales y tiene un espacio 27 hueco interior delimitado por las paredes 26 de la parte 8 de la pieza, el cual sirve para el alojamiento de las piezas funcionales del interruptor eléctrico. Para conseguir una buena hermeticidad contra el polvo para el espacio 27 hueco, en la pared 26 hay una ranura 24, en la que se encaja una lengüeta 25 de la otra parte 7 de la pieza, como ya se ha explicado para la figura 10.
Como puede verse además en la figura 9, en la ranura 24 hay unas zonas 28 de unión sectoriales, de modo que las dos partes 7, 8 de la pieza están soldadas allí entre sí en superficies de unión situadas una contra otra. Las zonas 28 de unión sectoriales tienen un recorrido con forma de gancho o de zigzag, que es producido por un movimiento relativo espacial tridimensional, programable adecuadamente, entre los rayos láser 11 y las partes 7, 8 de la pieza. Las zonas 28 de unión no están situadas en forma continua, sino únicamente en sectores individuales separados entre sí. En este caso se trata sobre todo de la zona de las esquinas de las paredes 26 o de los puntos de inversión del sentido de paso, en los que la costura de soldadura tiene una variación repentina de su dirección. Además también pueden estar situadas zonas de unión sectoriales en aquellas zonas, en las que hay orificios pasantes o similares no representados en los dibujos, por ejemplo para árboles, elementos empujadores, etc., introducidos desde el lado exterior en el espacio 27 hueco de la carcasa 6. Estas zonas son especialmente críticas para la hermeticidad y son hermetizadas con seguridad por las zonas 28 de unión sectoriales.
Entre los sectores de las zonas 28 de unión se extienden unas superficies únicamente en línea recta, que pueden ser hermetizadas de forma menos complicada. En este caso es suficiente el solapado sin soldadura entre las ranuras 24 y las lengüetas 25 en las paredes 26 de las partes 7, 8 de la pieza, de modo que éstas actúan como ranuras de obturación. Como ayuda en este caso, se pueden colocar también uniones 29 por enclavamiento elástico del tipo de resorte a presión o similar entre los sectores de las zonas de unión 28, con cuya ayuda las superficies de unión en las paredes 26 de las dos partes 7, 8 de la pieza están prensadas en estas zonas una contra otra, proporcionando el hermetizado deseado. Dado que en un caso así solo se dispone de zonas 28 de unión sectoriales, se obtiene ventajosamente un ahorro de tiempo al soldar las partes 7, 8 de la pieza.
Para conseguir un calentamiento suficiente de la zona 10 de unión, la base 7 y la tapa 8 de la carcasa tienen propiedades diferentes, por lo menos en zonas parciales, para el espectro de los rayos 11 láser. Así, el coeficiente de transmisión para los rayos 11 láser en la tapa 8 de la carcasa es mayor que el de la base 7 de la carcasa, mientras que inversamente el coeficiente de absorción en la base 7 de la carcasa es mayor que en la tapa 8 de la carcasa. Las dos partes de la pieza, que constan de la base 7 de la carcasa, así como de la tapa 8 de la carcasa, y el dispositivo 3 óptico de la fuente 1 de rayos láser están posicionados entre sí de tal modo que los rayos 11 láser inciden en el lado más alejado de la zona 10 de unión sobre la tapa 8 de la carcasa en una primera zona 12 de acoplamiento, como puede verse en la figura 3. La primera parte de la pieza, concretamente la tapa 8 de la carcasa, está configurada por lo menos en parte con características de transmisión para el espectro de los rayos 11 láser en la parte de la primera zona 12 de acoplamiento hasta la zona 10 de unión, debido a su gran coeficiente de transmisión. Por consiguiente, por lo menos una parte de los rayos 11 láser pueden atravesar la tapa 8 de la carcasa. Esta parte de rayos 11 láser penetra luego en una segunda zona 13 de acoplamiento, que está indicada esquemáticamente en la figura 3, llegando hasta la segunda parte de la pieza, concretamente hasta la base 7 de la carcasa. Como puede verse, las zonas 12, 13 de acoplamiento primera y segunda se encuentran situadas esencialmente en la recta formada por los rayos 11 láser. Esta recta se encuentra en especial aproximadamente en perpendicular respecto a las zonas 12 y 13 de acoplamiento.
La base 7 de la carcasa, en la parte de la zona 10 de unión junto a la segunda zona 13 de acoplamiento para el espectro de rayos 11 láser, está configurada por lo menos parcialmente en forma absorbente, debido a su gran coeficiente de absorción, de manera que por lo menos una parte de estos rayos 11 láser que inciden en la segunda zona 13 de acoplamiento calientan la base 7 de la carcasa en una zona 14 de absorción. Puede ser suficiente que la base 7 de la carcasa esté configurada en forma absorbente en la superficie de la segunda zona 13 de acoplamiento, o bien que la longitud de onda de los rayos 11 láser utilizados sea elegida adecuadamente, de modo que los rayos 11 láser penetren solo una pequeña distancia, preferentemente de unos pocos \mum en la base 7 de la carcasa, con lo cual la zona 14 de absorción está configurada también solo superficialmente en la base 7 de la carcasa, según se indica en la figura 3. Debido a la conducción térmica desde la zona 14 de absorción hasta la tapa 8 contigua de la carcasa, la tapa se calienta también en una zona 15 de conducción del calor. Por medio del calentamiento en la zona 14 de absorción y en la zona 15 de conducción del calor, el material plástico se funde quedando en estado líquido, con lo cual, después de su enfriamiento, se forma en estas dos zonas 14 y 15 la zona 10 de unión común solidificada.
Como ya se ha dicho, la carcasa 6 consta de material plástico. Se ha comprobado que es especialmente adecuada para la carcasa de un interruptor eléctrico la utilización de un copolimerizado de estireno-acrilonitrilo, una poliamida o similar. Para conseguir la transparencia parcial de la tapa 8 de la carcasa y la absorción parcial de la base 7 de la carcasa para el espectro de rayos 11 láser, es decir del coeficiente de transmisión y del coeficiente de absorción, se utilizan en el plástico aditivos, que sirven como sustancias adicionales, como pigmentos de color, fibras de vidrio o similares. La graduación correspondiente se realiza en este caso por medio de diferentes proporciones de aditivos en las dos partes 7, 8 de la pieza, eligiéndose estas proporciones de modo que sea esencialmente igual la reflectividad de las dos partes 7, 8 de la pieza para el espectro de los rayos de luz visibles. En especial, se ha comprobado que es favorable conseguir el elevado coeficiente de absorción para la base 7 de la carcasa por medio de pigmentos de colorante negro. Los ensayos correspondientes realizados han dado por resultado en las clases mencionadas de plásticos que, para un plástico parcialmente absorbente de la base 7 de la carcasa, es favorable realizar una pigmentación por medio de entre el 1% y el 2% de colorantes y, para el plástico de la tapa 8 de la carcasa parcialmente transmisora, una menor pigmentación. Las dos partes 7, 8 de la pieza son entonces esencialmente opacas para el espectro de luz visible con el ojo humano y están coloreadas aproximadamente con un color negro de aspecto visualmente uniforme. Entonces, las dos partes 7, 8 de la pieza en la carcasa 6 presentan ventajosamente un aspecto visual homogéneo, de modo que el ojo humano no puede percibir los diferentes ajustes del plástico respectivo.
Los ensayos realizados por medio de un aparato láser Nd:YAG de 10 W de potencia, que produce rayos láser con una longitud de onda de aproximadamente 1,06 \mum, que son especialmente adecuados para las clases de plásticos mencionadas y que tienen una velocidad de avance de la carcasa 6 de 3 m/min. respecto al dispositivo óptico 3, han demostrado que se consiguen buenos resultados para la soldadura utilizando los parámetros siguientes. La tapa 8 de la carcasa debe tener una transmisión D superior al 60% y una absorción A inferior al 30% , así como en su caso una reflectividad R inferior al 20% para el espectro de rayos láser Nd:YAG. La base 7 de la carcasa deberá tener además una absorción A superior al 90% y en especial una transmisión T despreciable, así como en su caso una reflectividad R inferior al 10%. Los porcentajes se refieren aquí en todos los casos a los rayos 11 láser que inciden en las zonas 12, 13 de acoplamiento. En el respectivo caso individual se aplica lo siguiente:
T + A + R = 100%.
Debe hacerse destacar además que la parte de rayos 11 láser reflejada en las respectivas zonas 12, 13 de acoplamiento, contribuye poco al calentamiento en la zona 10 de unión y por lo tanto debería ser mantenida en un valor lo más pequeño posible mediante la correspondiente graduación del plástico.
Para mejorar la calidad de la soldadura, se puede aplicar una presión en la zona 10 de unión durante o después del calentamiento y de la fusión de la zona 10 de unión por medio de los rayos 11 láser. En la figura 1 se muestra para este fin un rodillo 16 de apriete, que actúa sobre el lado superior de la tapa 8 de la carcasa en la zona 10 de unión. Este rodillo 16 de apriete se desplaza a continuación de los rayos 11 láser de acuerdo con el movimiento de avance de la placa 4 de soporte para la pieza, según se indica en el dibujo por medio de la flecha de dirección 5'. De este modo, la presión del rodillo 16 de apriete actúa hasta que se enfría la zona 10 de unión, con lo cual se impide que la masa fundida se salga de la zona 10 de unión y se elimina el riesgo de la formación de rechupes en la zona 10 de unión. Por la figura 1 puede verse que este efecto de la presión tiene lugar junto al foco de los rayos 11 láser, de modo que los rayos 11 láser no resultan interferidos en la zona 12 de acoplamiento en la tapa 8 de la carcasa. Naturalmente, en lugar de un rodillo 16 de apriete se pueden utilizar también pisadores hidráulicos, neumáticos o similares ya conocidos, no representados en el dibujo, que pueden estar situados fuera de la conducción de los rayos 11 láser, a causa de la posibilidad de orientación libre de la conducción de los rayos. En caso de que estos pisadores consten de un material ampliamente transparente para el espectro de rayos 11 láser, estos pisadores pueden servir también de ayuda para la conducción de los rayos láser.
La calidad de la soldadura se puede mejorar además regulando los parámetros de servicio de la fuente 1 de rayos láser de forma constante, en dependencia de los parámetros del proceso reinantes en la zona 10 de unión. Estos parámetros del proceso son la temperatura, la presión y similares. Son medidos en forma continua y, en caso de observarse diferencias respecto a los valores nominales, los parámetros de servicio de la fuente 1 de rayos láser se modifican adecuadamente hasta que se alcancen otra vez los valores nominales deseados.
La invención no está limitada a los ejemplos de realización descritos y representados en los dibujos. Así, la invención se puede aplicar no solo en la fabricación de interruptores eléctricos, sino también para piezas, carcasas o similares fabricadas de plástico, por ejemplo para aparatos electrodomésticos, envases, etc.

Claims (10)

1. Pieza, en especial carcasa (6) para un interruptor eléctrico, en la que están situadas dos partes (7, 8) de la pieza de plástico, preferentemente de un material sintético termoplástico, que tienen por lo menos en zonas parciales un coeficiente de transmisión y un coeficiente de absorción, que son diferentes entre sí en cada parte, para el espectro de los rayos (11) láser y que están soldadas entre sí por medio de rayos (11) láser a lo largo de una zona (10) de unión, estando una primera parte (8) de la pieza configurada en forma que transmite los rayos (11) láser en una primera zona (12) de acoplamiento, en la que los rayos (11) láser inciden sobre la primera parte (8) de la pieza hasta la zona (10) de unión, con lo cual una parte de los rayos (11) láser atraviesan la primera parte (8) de la pieza y pueden penetrar en una segunda zona (13) de acoplamiento en la segunda parte (7) de la pieza, mientras que la otra segunda parte (7) de la pieza está configurada en forma absorbente para los rayos (11) láser en la zona (10) de unión situada junto a la segunda zona (13) de acoplamiento, caracterizada porque las dos partes (7, 8) de la pieza contienen respectivamente aditivos en el plástico, por ejemplo fibras de vidrio o pigmentos de color, en especial pigmentos de color negro, con lo cual el coeficiente de transmisión de la primera parte (8) y el coeficiente de absorción de la segunda parte (7) de la pieza están graduados por medio de diferentes proporciones de aditivos, de modo que la primera parte (8) de la pieza es por lo menos en parte transmisora para el espectro de rayos (11) láser en la parte de la primera zona (12) de acoplamiento hasta la zona (10) de unión, y de modo que la segunda parte (7) de la pieza es por lo menos en parte absorbente para el espectro de los rayos (11) láser en la parte de la segunda zona (13) de acoplamiento, y porque la reflectividad de las dos partes (7, 8) de la pieza es esencialmente igual para el espectro de rayos de luz visibles.
2. Pieza según la reivindicación 1, caracterizada porque la segunda parte (7) de la pieza está configurada en forma absorbente en la superficie de la segunda zona (13) de acoplamiento, y/o porque la longitud de onda para los rayos (11) láser está elegida de tal modo que los rayos (11) láser penetren solo una pequeña distancia, preferentemente de unos pocos \mum, en la segunda parte (7) de la pieza, de manera que la zona (14) de absorción para los rayos (11) láser esté configurada en la superficie de la segunda parte (7) de la pieza.
3. Pieza según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque las dos partes (7, 8) de la pieza están fabricadas del mismo material plástico, por ejemplo de un copolimerizado de estireno-acrilonitrilo o de poliamida, realizándose preferentemente en el plástico absorbente una pigmentación por medio de entre el 1% y el 2% de colorantes y en el plástico transmisor una pigmentación menor, y siendo además preferentemente el plástico para las dos partes (7, 8) de la pieza esencialmente opaco para el espectro de luz visible con el ojo humano.
4. Pieza según las reivindicaciones 1, 2 o 3, caracterizada porque la primera parte (8) de la pieza tiene una transmisión T superior al 60% , una absorción A inferior al 30% y en su caso una reflectividad R inferior al 20% , así como porque la segunda parte (7) de la pieza tiene una absorción A superior al 90% , en especial una transmisión T despreciable y en su caso una reflectividad R inferior al 10% , todas ellas referidas a los rayos (11) láser que inciden en las zonas (12, 13) de acoplamiento de las partes (7, 8) de la pieza.
5. Pieza según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las partes (7, 8) de la pieza que deben ser unidas entre sí, están configuradas de modo que tienen en la zona (10) de unión una unión a tope en la que se solapan entre sí (9), en su caso una unión a tope en la que se solapan en forma de cuña (18), o se solapan en forma de ranura (23) o se solapan en forma de talón saliente (9, 19, 21, 22) o se unen a tope (17), extendiéndose preferentemente en la zona (10) de unión en disposición espacial tridimensional a lo largo de la unión de las partes (7, 8) de la pieza, y encontrándose además también preferentemente por lo menos una parte de la zona (10) de unión en el interior de la pieza.
6. Pieza según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque las dos partes (7, 8) de la pieza tienen paredes (26), que delimitan por lo menos una parte de un espacio (27) hueco interior, porque preferentemente la zona (10) de unión se extiende en sectores (28) individuales, que en su caso están situados en la zona de las esquinas junto a las paredes (26) o a los orificios de paso en el espacio (27) hueco, o bien continuamente a lo largo de las superficies de unión de las paredes (26) situadas una contra otra, y porque además preferentemente entre los diversos sectores (28) las paredes (26) están configuradas para conseguir un cierre hermético del espacio (27) hueco, en especial hermético contra la penetración de polvo, solapándose entre sí con uniones (29) por resorte a presión o mediante ranuras (24) de obturación.
7. Procedimiento para soldar por medio de rayos (11) láser partes (7, 8) de la pieza, que constan de un plástico, preferentemente un material sintético termoplástico, en especial partes de carcasa para interruptores eléctricos, según una de las reivindicaciones 1 a 6, estando unidas entre sí para formar una pieza por medio de una zona (10) de unión una primera parte (8) transparente de la pieza y una segunda parte (7) absorbente de la pieza, posicionándose entre sí las dos partes (7, 8) de la pieza y la fuente (1) de rayos láser, en su caso por medio de un dispositivo (3) óptico, de modo que los rayos (11) láser inciden primeramente en una primera zona (12) de acoplamiento sobre la primera parte (8) de la pieza, con lo cual una parte de los rayos (11) láser atraviesan la primera parte (8) de la pieza, y de modo que esta parte de los rayos (11) láser penetre a continuación en la segunda parte (7) de la pieza en la zona (10) de unión junto a una segunda zona (13) de acoplamiento, con lo cual la segunda parte (7) de la pieza se calienta en la parte de la segunda zona (13) de acoplamiento, de manera que las dos partes (7, 8) de la pieza adquieren en la zona (10) de unión un estado de fusión líquido y, al enfriarse a continuación, se obtiene un endurecimiento de la zona (10) de unión, caracterizado porque las dos partes (7, 8) de la pieza contienen respectivamente aditivos, en especial pigmentos de colorante, estando las partes (7, 8) de la pieza graduadas por medio de diferentes proporciones de aditivos, de modo que la primera parte (8) de la pieza es por lo menos en parte transmisora para el espectro de rayos (11) láser en la parte de la primera zona (12) de acoplamiento hasta la zona (10) de unión, y de modo que la segunda parte (7) de la pieza es por lo menos en parte absorbente para el espectro de los rayos (11) láser en la segunda zona (13) de acoplamiento, y porque la reflectividad de las dos partes (7, 8) de la pieza es esencialmente igual para el espectro de rayos de luz visibles.
8. Procedimiento para soldar partes de piezas según la reivindicación 7, caracterizado porque la fuente (1) de rayos láser es posicionada de modo que los rayos (11) láser pueden ser dirigidos, en su caso por medio de un dispositivo (3) óptico, hacia las dos partes (7, 8) de la pieza, de modo que la primera y la segunda zonas (12, 13) de acoplamiento se encuentran situadas esencialmente en la línea recta formada por los rayos (11) láser, en especial aproximadamente en perpendicular a esta línea recta, moviéndose preferentemente la fuente (1) de rayos láser o bien el dispositivo (3) óptico para la fuente (1) de rayos láser y las partes (7, 8) de la pieza, unas respecto a otras, de modo que en especial por medio de un movimiento programable, como por medio de un robot o de un aparato de manipulación de varios ejes, se consigue una zona (10) de unión alargada, en su caso orientable libremente, situada en el espacio en forma tridimensional, y en su caso en diversos puntos en sectores (28) de la pieza.
9. Procedimiento para soldar partes de piezas según las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque durante el calentamiento o después del calentamiento y de la fusión de la zona (10) de unión por medio de los rayos (11) láser, se realiza una aplicación de presión en la zona (10) de unión, en especial hasta que se enfría la zona (10) de unión, porque preferentemente el efecto de la presión se realiza junto al foco de los rayos (11) láser y en especial puede efectuarse siguiendo a los rayos (11) láser o en su caso fuera de la conducción de los rayos (11) láser, sobre las partes (7, 8) de la pieza, y porque además el efecto de la presión se realiza preferentemente por medio de pisadores hidráulicos, neumáticos o en forma de rodillo (16), que en su caso pueden ser transparentes para los rayos (11) láser.
10. Procedimiento para soldar partes de piezas según las reivindicaciones 7, 8 o 9, caracterizado porque los parámetros de servicio de la fuente (1) de rayos láser, que es preferentemente un aparato láser Nd:YAG, se regulan en dependencia de los parámetros del proceso, como la temperatura y/o la presión, reinantes en la zona (10) de unión, y porque la pieza preferentemente es sometida a tratamiento térmico de temple después de la soldadura, para estabilizar las tensiones de la soldadura.
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