KR101125521B1 - 튜브를 병합 및 밀봉하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 튜브를 병합 및 밀봉하기 위한 방법이며, 여기서, 튜브가 소노트로드와 초음파 용접 디바이스의 연계된 엔빌 사이에 배치되고, 소노트로드가 활성화되고, 튜브를 병합 및 밀봉하기 위해 카운터 전극에 대해 변위된다. 미리 초음파 용접 디바이스에 튜브의 데이터를 독립적으로 입력하지 않고, 튜브를 자동으로 병합 및 밀봉할 수 있게 하기 위하여, 하기의 단계들이 제안된다:
- 소노트로드와 카운터 전극 사이에 튜브를 배치 및 고정하는 단계,
- 소노트로드와 카운터 전극 사이에 튜브가 고정된 상태로 튜브의 특성 변수를 결정하는 단계,
- 특성 변수에 기초하여 저장된 용접 파라미터를 구하는 단계, 및
- 소노트로드를 활성화시키고, 튜브를 병합 및 밀봉하기 위해 소노트로드와 카운터 전극을 서로에 대하여 이동시키는 단계.
튜브, 소노트로드, 초음파 용접 디바이스, 엔빌, 카운터 전극, 냉각 유닛, 금속 튜브, 용접 파라미터

Description

튜브를 병합 및 밀봉하기 위한 방법{Method for Consolidating and Sealing a Tube}
본 발명은 튜브가 소노트로드(sonotrode)와, 초음파 용접 장치의 엔빌과 같은 연계된 카운터 전극 사이에 배치되고, 튜브를 병합 및 밀봉하기 위해 소노트로드가 활성화되어 카운터 전극에 관해 변위되는, 튜브, 특히 냉각 디바이스를 위한 금속 튜브를 병합 및 밀봉하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
최초에 배기되고, 그후에 냉각 가스로 충전되는 튜브는 예로서, 계측학 및 냉각 디바이스와 시스템을 위해 사용된다. 이를 위해, 튜브가 커플링에 연결된다. 충전 이후, 커플링 측부상의 튜브의 부분이 분리되어야만 한다. 이를 달성하기 위해, 냉장고 또는 기후 제어 유닛과 같은 장치 및/또는 시스템으로 이어지는 튜브가 액밀식(fluid tight manner)으로 밀봉 되는 것이 요구된다.
종래기술에 따르면, 병합 및 납땜(brazing)은 잘 알려져 있다. 또한, 접착제 기술도 사용되며, 여기서 충전된 튜브는 캡(cap)으로 폐쇄되고, 이 캡은 순차적으로, 튜브에 접착제로 접합된다.
액밀 밀봉이 납땜을 통해 이루어지면, 튜브가 이전에 긴밀히 병합되지 않는 경우, 적용되는 충전물 금속에 펀늘(funnel)이 발생하고, 이는 튜브로부터 나오는 가스와 혼재되게 되며, 따라서, 누설부를 생성하게 되는 단점이 발생한다. 독립적으로, 대응하는 기술은 단지 CFC 유체로만 사용될 수 있으며, 그 이유는 이들이 가연성이기 때문이다.
오늘날 CFC 유체는 대부분 이소부탄으로 대체되어 왔지만, 이는 폭발성이 높다. 따라서, 납땜은 더 이상 실행이 불가능하다. 따라서, 초음파 용접이 보급되었으며, 튜브의 병합 및 액밀 밀봉을 가능하게 하였고, 여기서, 튜브는 최초에 배기되고 그후 냉각 가스로 충전된다.
액밀 튜브 밀봉을 위한 잘 알려진 초음파 용접 디바이스에서, 소노트로드가 사용되며, 이 소노트로드는 제 1 용접면을 포함하고, 제 1 용접면에는 인접 커팅 엘리먼트가 이어진다. 따라서, 연계된 카운터 전극-엔빌이라고도 지칭됨-은 제 1 용접면에 연계된 제 2 용접면을 포함하고 이어서 에지같은 커팅 엘리먼트와 연계된 인접한 카운터 엘리먼트가 이어진다.
WO-A-03 07 6116에 따른 상술한 유형의 절차에서, 튜브의 섹션은 절단한 부분이 위치되는 측에 관계없이 액밀 밀봉이 달성되도록 툴을 변경하거나, 초음파 용접 디바이스를 재배치하지 않고 절단 할 수 있다.
초음파 용접 시스템의 용접 파라미터는 예로서, 필요한 정도로의 병합 및 밀봉 및/또는 용접을 가능하게 하기 위해, 튜브의 직경, 벽두께 및 재료의 함수로서, 독립적으로 설정되어야 한다.
전기 전도체를 압밀(compaction) 및 후속 용접하기 위한 절차 및 디바이스가 EP-B-0 723 713에 개시되어 있다. 다른 프로파일이 임의의 랜덤한 순서로 연속적으로 용접되어야하는 경우에도 프로파일 독립적, 규정된 용접을 실행하기 위해, 압축 영역에 삽입된 전도체는 먼저 압밀되고, 후속하여, 압밀된 전도체를 수용하는 압축 영역의 특성 변수가 결정 되는 것이 제안 되었다. 압축 영역의 높이 또는 폭 같은 특성 변수에 기초하여, 그후 저장된 용접 파라미터가 구해진다.
본 발명의 목적은 튜브 데이터를 초음파 용접 디바이스에 독립적으로 미리 입력하지 않고, 튜브의 자동화된 병합 및 밀봉이 수행되도록 상술한 종류의 절차를 개선시키는 것이다.
본 발명에 따라서, 이 문제점을 해결하기 위해, 이하가 제안된다:
- 소노트로드와 카운터 전극 사이에 튜브를 배치하고 고정한다.
- 소노트로드와 카운터 전극 사이에 튜브가 고정된 상태로, 튜브의 적어도 하나의 특성 변수를 결정한다.
- 적어도 하나의 특성 변수에 기초하여, 저장된 용접 파라미터를 구한다.
- 튜브를 병합 및 밀봉하기 위해, 소노트로드를 활성화하고, 소노트로드와 카운터 전극을 서로에 대해 이동시킨다.
본 발명에 따르면, 적절한 병합 및 용접 및/또는 밀봉을 위해 요구되는 가용 압력 및 용접 파라미터를 구비하기 위해, 초음파 용접 디바이스에 병합 및 용접하여, 병합된 튜브 단부를 밀봉하기 위해 요구되는 데이터를 미리 공급할 필요 없이, 초음파 용접 디바이스에 의해 자동식으로 튜브를 병합 및 밀봉 및/또는 용접하는 가능성이 얻어진다. 오히려, 컴퓨터상에 저장된 데이터로부터 초음파 용접 디바이스를 위해 이용 가능한 파라미터를 자동으로 구비하기 위해서 소노트로드와 카운터 전극 사이에 튜브를 고정한 이후에 적어도 하나의 특성 변수가 결정 되는 한편, 적절한 병합 및 병합된 튜브의 밀봉 및/또는 용접을 수행하기 위해 이 변수를 고려한다.
특성 변수는 예로서, 변위 트랜스듀서에 의해, 소노트로드와 카운터 전극 사이의 거리로부터 결정된, 튜브의 외경 일 수 있다.
그러나, 다수의 특성 변수가 식별되는 것이 바람직하다. 따라서, 외경에 부가하여, 튜브의 전기 전도성 및/또는 벽두께가 결정될 수 있다. 이를 위해, 벽두께는 예로서, 임펄스 에코법에 의해 초음파에 의해 측정될 수 있다.
그러나, 특성 변수로서, 변형 에너지 또는 협착(constriction) 같은 재료 특성을 사용하는 것도 가능하다. 예로서, 소노트로드는 특성 변수를 결정하기 위해, 규정된 힘 또는 압력에 의해 카운터 전극에 대하여 또는 그 역으로 변위 시켜 달성된 경로의 변경에 기초하여 튜브의 재료 물성에 대한 결론을 도출할 수 있다. 변위 동안, 초음파가 튜브에 인가되어 경로의 보다 큰 변경을 가능하게 하고, 따라서, 보다 정밀한 측정을 가능하게 할 수 있다.
자연적으로, 다른 치수 및/또는 재료의 튜브상에 수행된 복수의 측정에 기초하여 충분히 많은 양의 데이터를 미리 결정 및 저장하고 얻어진 테이블로부터 각각의 용접 프로세스 동안 튜브와 연계된 데이터를 결정할 수 있도록 하는 것이 필요하다. 특히, 용접 에너지, 용접 진폭, 용접 시간 및 용접 압력이 튜브 직경 및/또는 벽두께 및/또는 튜브 재료의 함수로서, 용접 파라미터로서 대응 테이블에 저장된다.
본 발명에 따르면, 저장될 용접 파라미터를 결정하기 위해, 병합 및 밀봉될 표준 튜브의 직경 및/또는 벽두께와 같은 특성 변수를 결정함과 동시에 초음파 진동을 받는 소노트로드의 에너지, 힘 또는 파워의 시간적 변화를 고려하는 하나 이상의 제어 곡선을 기록하고, 이 방식으로 결정된 제어 곡선 또는 곡선들에 대한 알려지지 않은 직경 및/또는 알려지지 않은 벽두께를 병합 및 밀봉된 튜브의 실제 곡선과 비교하고, 제어 곡선과 합치시, 튜브를 병합 및 용접하기 위해, 그와 연계된 용접 파라미터를 사용하는 것이 제안되었다. 이를 위해, 제어 곡선 또는 곡선들은 병합 및 밀봉되는 튜브의 실제 곡선이 합치되게 되는 공차 범위만큼 확장된다.
특히, 본 발명은 제어 곡선이 제어 곡선의 기록 동안 사용되는 표준 튜브를 병합 및 용접하기 위해 결정되는 압력 지속기간, 용접 지속기간 또는 에너지 입력과 같은 용접 파라미터와 연계되어 있고, 알려지지 않은 크기를 갖는 튜브를 용접하기 위해, 실제 곡선이 기록되고, 실제 곡선이 다수의 제어 곡선중 하나에 합치되며, 알려지지 않은 크기의 튜브가 대응 제어 곡선과 연계된 용접 파라미터에 기초하여 병합 및 용접되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 세부사항, 장점 및 특징은 청구항, 청구항에 개시된 특성-독립적으로 및/또는 조합하여-으로부터 얻어질 뿐만 아니라, 도면에 도시된 양호한 실시예의 하기의 설명으로부터도 얻어진다.
도 1은 초음파 용접기의 개략도.
도 2는 성능 시간도.
도 1은 주요 구성요소로서 소노트로드(10), 컨버터(12) 및 제어 유닛(14)을 포함하는 초음파 용접기의 개략적 구성을 도시한다. 본 실시예에서, 부스터(14)가 소노트로드(10)와 컨버터(12) 사이에 배열되어 진동 시스템 내측의 진동 거동의 포괄적 안정화 및 원하는 진폭 범위의 달성을 위해 진폭 트랜스포머로서 작용한다.
소노트로드(10)는 대향 작업 또는 용접 영역(18, 20)을 가지는 소노트로드 헤드(16)를 포함한다. 본 실시예에서, 엔빌이라 지칭되는 카운터 전극(22)이 작업 또는 용접 영역(18)과 연계되어 있고, 그 사이에 이를 병합 및 밀봉하기 위해, 즉, 이를 용접하기 위해, 전극, 예로서, 구리로 이루어진 튜브(24)가 배열되어 있다. 동시에, 필요시, 튜브는 일 측부에서 절단될 수 있다. 이를 위해, 소노트로드 헤드(16) 및/또는 작업 영역(18, 20)과, 카운터 전극(22)은 튜브 섹션을 전단(shear off)하도록 절단 에지와 연계되어 있다.
제어 유닛(14)은 예로서, 그 주파수가 20kHz로 변환된, 시스템 전압을 접속부(26)에 의해 공급받는다. 그후, 컨버터(12)는 전기 에너지를 기계적 진동 에너지로 변환하고, 여기서, 기계적 진동 주파수는 제어 유닛(14)의 전기적 주파수에 대응한다. 소노트로드(10)와 컨버터(12) 사이에 개재된 부스터(14)는 이전에 언급된 바와 같이, 컨버터(12)와 소노트로드(10) 사이의 진폭 변환을 위해 기능한다. 제어 유닛(14)은 제어 라인(15)에 의해 컨버터(12)에 연결된다.
튜브(24)를 병합 및 밀봉하는 품질은 소노트로드 헤드(16)의 진폭, 용접 압력(동작 압력), 용접 에너지, 압축 및 용접 시간에 의존한다. 종래 기술 상태에 따르면, 튜브(24)의 재료, 외경 및 벽두께의 함수로서 대응 데이터가 제어 유닛(14)에 독립적으로 입력되고, 그후, 병합 및 용접 프로세스를 수행하고, 경우에 따라, 소노트로드 헤드(16)와 엔빌 또는 카운터 전극(22) 사이의 상호작용에 의한 튜브 섹션의 절단을 행한다. 본 발명에 따라서, 소노트로드(10) 및/또는 작업 영역(18, 20)의 진폭, 용접 압력, 에너지 및 용접 시간과 압축을 포함하는 다수의 용접 파라미터와 병합 및 용접되는 튜브 즉, 예로서, 몇몇 특성 변수로서 그 직경, 벽두께 및 재료를 의미하는 함수로서 제어 유닛(14) 및/또는 도시되어 있지 않은 컴퓨터에 저장되는 것이 제안된다.
용접될 튜브(24)가 엔빌(카운터 전극(22))과 소노트로드(10)의 제 1 작업 영역(18) 사이에 배열되고, 소노트로드(10)가 그후, 제 2 전극(22) 즉, 엔빌의 방향으로 튜브(24)가 제 1 및 제 2 전극(18, 22) 사이에 고정될 때까지 하강된 이후, 튜브(24)의 외경을 얻기 위해 소노트로드(10)와 카운터 전극(22) 사이의 거리가 결정된다. 거리는 변위 트랜스듀서에 의해 기록될 수 있으며, 여기서, 대응 데이터가 제어 유닛(14) 및/또는 컴퓨터에 데이터 라인(28)을 경유하여 공급된다. 부가적으로, 튜브(24)의 특성 재료 물성이 결정될 수 있으며, 또한, 데이터 라인(28)에 의해 제어 유닛(14) 및/또는 컴퓨터에 공급될 수 있다. 예로서, 안정성, 전기 저항 또는 벽두께는 특성 재료값으로 고려되며, 이는 튜브(24)를 소노트로드(10)와 카운터 전극(22) 및/또는 그 용접 영역 사이에 고정한 이후에 결정된다. 안정성은 튜브(24) 고정 이후, 소노트로드(10)가 규정된 압력에서 카운터 전극(22)의 방향으로 변위되는 것으로 결정될 수 있다. 변위 경로의 함수로서, 튜브(24)의 재료에 대해 결과가 도출된다. 튜브(24)의 전기 저항이 마찬가지로 결정될 수 있다. 예로서, 제 2 카운터 전극(22)의 영역에 존재하는 센서에서, 튜브(24)의 벽두께는 초음파에 의해 측정될 수 있다. 다른 적절한 측정 방법이 마찬가지로 고려될 수 있다.
그에 독립적으로, 특히 소노트로드(10)의 진폭, 용접 압력, 용접 에너지, 압축 및 용접 시간을 포함하는, 튜브(24)의 특성 변수에 기초하여 제어 유닛(14) 및/또는 컴퓨터에 저장된 파라미터는 카운터 전극(22), 즉 엔빌의 방향으로 이를 변위시키도록 및/또는 소노트로드(10)를 그에 따라 활성화시키기 위해 구해진다. 튜브(24)는 그후, 필요한 범위로 병합되고 밀봉, 즉, 용접된다. 불필요한 튜브 섹션의 전단이 동시에 수행될 수 있다.
도 2는 파워/시간도에 기초하여, 특성 파라미터가 변형 곡선으로부터 결정될 수 있는 방식 및, 결과적으로, 튜브의 병합 및 용접이 자동화될 수 있는 방식을 예시한다.
도 2에서, 파워(W)는 규정된 직경 및 규정된 벽두께를 갖는 공지된 튜브의 제어 곡선의 결정을 위해 시간(t)에 관하여 반영된다. 곡선(30)은 두 개의 특성 피크(32, 34)를 나타내며, 여기서, 제 1 피크(32)는 측정되는 표준 튜브가 그 사이에 고정되도록 카운터 전극(22)의 방향으로 하강될 때 발생 된다. 즉, 외경이 결정될 수 있다. 제 1 피크(32)의 위치는 튜브 직경에 의존한다. 카운터 전극(22)을 향한 소노트로드(10)의 추가 하강 및/또는 상대 이동 동안, 제 2 피크를 통과하도록 최초 경사에 이어 파워 증가가 발생한다. 제 2 피크(34)의 위치는 튜브의 벽두께에 의존한다. 그후, 튜브의 병합 및 밀봉이 이루어진다. 파워에 관하여, 이는 감소하는 곡선 섹션(36)으로 예시되어 있다.
또한, 표준 곡선이라고도 지칭되는 파워/시간 곡선(30)에 대응하여, 다른 직경 및 벽두께를 갖는 다수의 튜브가 이제 포함된다. 이때, 공차 범위(38, 40)가 각 표준 곡선에 할당된다.
알려지지 않은 직경 및 벽두께의 튜브가 이제 병합 및 밀봉되는 경우, 실제 곡선이 기록되고, 표준 곡선에 맞추어진다. 대응 제어 곡선을 기초로서 사용할 때, 알려지지 않은 직경 및 벽두께의 튜브를 적절히 병합 및 밀봉할 수 있게 하기 위해, 압력, 용접 지속기간 또는 에너지 입력과 같은 용접 파라미터가 그후 저장된 테이블로부터 구해진다.
달리 말해서, 예로서, 4, 6, 8, 12mm의 변하는 튜브 직경 및 예로서, 0.6mm - 1mm의 다른 벽두께에 대하여 곡선(30)에 대응하는 제어 곡선을 기록하고 그후, 공차 범위를 결정 및 저장하기 위해 제 1 학습 모드가 수행된다. 그후에, 알려지지 않은 직경 및 벽두께의 튜브가 소노트로드(10)와 카운터 전극(22) 사이에 배치되고, 그후, 실제 곡선에서 발생하는 피크에 기초하여 튜브 직경 및 벽두께를 결정하고, 대응하는 값을 제어 곡선의 값에 비교하기 위해 소노트로드(10)와 카운터 전극(22)이 서로를 향해 이동된다. 대응하는 값이 제어 곡선내에 존재하면, 그후, 적절한 병합 및 밀봉을 위해 필요한 나머지 파라미터가 구해진다(용접 모드).

Claims (15)

  1. 튜브가 소노트로드(sonotrode)와 초음파 용접 디바이스의 연계된 카운터 전극 사이에 배치되고, 상기 소노트로드가 활성화되며, 상기 튜브를 병합 및 밀봉하기 위해 상기 카운터 전극에 대해 변위되는, 튜브를 병합 및 밀봉하기 위한 방법으로서,
    - 상기 소노트로드와 상기 카운터 전극 사이에 상기 튜브를 배치 및 고정하는 단계,
    - 상기 소노트로드와 상기 카운터 전극 사이에 상기 튜브가 고정된 상태로 상기 튜브의 특성 변수를 결정하는 단계,
    - 특성 변수에 기초하여 저장된 용접 파라미터들을 구하는 단계, 및
    - 상기 소노트로드를 활성화시키고, 상기 튜브를 병합 및 밀봉하기 위해 상기 소노트로드와 상기 카운터 전극을 서로에 대하여 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브는 상기 소노트로드와 카운터 전극 사이에 고정된 상태에서, 상기 소노트로드와 카운터 전극 사이의 거리가 특성 변수로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브의 전기 전도성이 특성 변수로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브의 벽두께가 특성 변수로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브의 변형 레벨이 특성 변수로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 변형 레벨을 결정하기 위해, 규정된 거리를 가로질러 서로를 향해 상기 소노트로드와 카운터 전극을 변위시키기 위해 인가되는 압력이 측정되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 전극을 향한 상기 소노트로드의 변위 동안, 상기 소노트로드는 초음파에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 벽두께는 초음파에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 다수의 특성 변수들이 결정되고, 이들에 기초하여, 저장된 용접 파라미터들이 구해지는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브의 병합 및 밀봉에 후속하여, 튜브의 섹션들 중 하나에 절단이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 저장되는 용접 파라미터들을 결정하기 위하여, 병합 및 밀봉되는 표준 튜브들의 특성 변수들의 결정 동안, 초음파 진동을 받는 소노트로드의 에너지, 힘, 파워의 그룹의 값의 시간적 변화를 고려하는 하나 이상의 제어 곡선들이 기록되고, 제어 곡선들이 병합 및 밀봉되는 알려지지 않은 벽두께 또는 알려지지 않은 직경을 갖는 튜브들의 실제 곡선들에 비교되며, 제어 곡선과 합치하는 경우에 가능한 규정된 공차들을 고려하면서, 이 곡선과 연계된 용접 파라미터들이 튜브들을 병합 및 용접하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 실제 곡선은 공차 범위만큼 확장된 제어 곡선에 대해 비교되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 제어 곡선들은 제어 곡선들의 기록 동안 사용되는 표준 튜브들을 병합 및 용접하기 위해 결정된 용접 파라미터들과 연계되고, 실제 곡선은 알려지지 않은 크기를 갖는 튜브를 용접하기 위해 기록되며, 실제 곡선은 다수의 제어 곡선들 중 하나에 부합되고, 따라서, 알려지지 않은 크기를 가지는 튜브가 대응 제어 곡선과 연계된 용접 파라미터들에 기초하여 병합 및 용접되는 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 특성 변수들은 표준 튜브들의 직경 또는 벽두께인 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 용접 파라미터들은 압력, 용접 지속기간 또는 에너지 입력인 것을 특징으로 하는, 튜브 병합 및 밀봉 방법.
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