KR20050062424A - 파이프 섹션의 유체 밀봉 장치 - Google Patents

파이프 섹션의 유체 밀봉 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 용접 장치를 이용하여 금속 파이프 섹션을 유체 밀봉 방식으로 밀봉하고 분리하기 위한 장치에 관한 것으로, 제 1 용접면(52)을 포함하는 소노트로드(54)와 제 1 용접면에 할당된 제 2 용접면(86)을 갖는 앤빌(48)을 포함한다. 용접 지속 시간 또는 압착력을 과도하게 증가시키기 않고, 파이프 섹션의 최적의 형성과 용접이 가능하도록 제 1 및 제 2 용접면은 동일하거나 또는 실질적으로 동일하게 휘어진 형상을 갖는다.

Description

파이프 섹션의 유체 밀봉 장치 {Device for fluid-tight sealing of a pipe section}
본 발명은 초음파 용접 장치를 이용하여 금속 파이프 섹션을 유체 밀봉 방식으로 밀봉하고 분리하기 위한 장치에 관한 것으로, 제 1 용접면을 갖는 소노트로드(Sonotrode), 상기 제 1 용접면에 할당된 제 2 용접면을 갖는 앤빌(anvil)과 같은 대향 전극, 및 소노트로드로부터 제 1 용접면 위로 돌출하는 분리 소자를 포함하고, 제 1 용접면은 소노트로드 종축에 대해 횡으로 형성된 평면에서 휘어진 형상을 갖는다.
측정 및 냉각 기술의 기계와 장치의 경우, 먼저 진공되고 나서 냉각 가스로 채워지는 파이프가 이용된다. 이를 위해 파이프는 커플러와 연결된다. 충전 후 파이프의 커플러측 섹션이 분리되어야 한다. 이를 위해 냉장고 또는 에어 컨디셔녀와 같은 장치 또는 기구에 안내된 파이프는 유체 밀봉식으로 밀봉되어야 한다.
선행 기술에 따라 조임 또는 브레이즈 용접(braze)이 공지되어 있다. 충전된 파이프가 캡으로 밀봉되는 접착 기술이 이용되며, 이때 상기 캡은 파이프와 접착된다.
브레이즈 용접에 의한 유체 밀봉식의 밀봉이 실시되는 경우, 파이프는 먼저 밀봉되지 않고 조여지고, 제공된 땜납에 파이프로부터 나오는 가스가 통과하는 틈이 형성되어 누설이 발생하는 단점이 있다. 이와 무관하게 FCKW 유체의 경우에만 상응하는 기술이 이용될 수 있다. 왜냐하면 상기 유체는 연소될 수 없기 때문이다.
오늘날 FCKW 는 점차적으로 높은 폭발성인 이소부탄으로 대체되고 있다. 따라서 브레이즈 용접은 더 이상 불가능하다. 따라서 작업 과정 중에 조임 및 먼저 진공되고 나서 냉각 가스로 충전된 파이프의 유체 밀봉식 밀봉이 가능한 초음파 용접이 이용된다.
파이프의 유체 밀봉식 밀봉를 위한 공지된 초음파 용접 장치에서는 제 1 용접면을 갖는 소노트로드가 이용되고, 상기 용접면의 옆에 절삭 소자가 형성된다. 상응하여 할당된 대향 전극이 - 앤빌라고도 칭함 - 제 1 용접면에 할당된 제 2 용접면을 갖고, 상기 제 2 용접면 옆에 절삭 소자에 할당된 에지와 같은 대향 소자가 형성된다.
WO 03/076116 A1 호에 상응하는 초음파 용접 장치가 공지되어 있으며, 상기 장치는 공구 교체 없이 파이프를 용접 위치로부터 좌, 우측으로 분리해 내는 방법을 최초로 제공한다. 대향 전극의 용접면 및 소노트로드의 용접면은 대향 전극과 관련해서 볼록하게 휘어져 형성된다.
JP 2003 334 669 A 호에 초음파 용접 장치가 공지되어 있으며, 상기 장치에 의해 전기 절연체에 의해 둘러싸인 전도체가 지지체와 용접된다. 절연체를 분리하기 위해서 소노트로드는 절연체가 가압될 수 있는 개방실을 포함하는 리브 구조를 갖는다. 소노트로드는 오목한 형상을 나타내며, 그 종축선은 소노트로드의 종축선에 대해 횡으로 연장된다.
DE-A-1 479 511 호에 플라스틱 용접 장치가 공지되어 있다. 플라스틱 부품이 용접되는 영역 내에 상응하는 용접면이 평평하게 형성된다.
US-A-4, 517,790 에서는 플라스틱 포일을 용접하기 위해 앤빌을 포함하는 초음파 용접 장치가 사용되며, 상기 앤빌의 단면에는 원형의 섹션 형태 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부에는 소노트로드의 평면 용접면이 할당된다.
앞에서 언급된 방식의 장치를 파이프 섹션의 확실한 밀봉이 가능하도록 개선하는 문제를 본 발명의 기본으로 한다.
본 발명에 따라 상기 문제점은 제 1 및 제 2 용접면이 동일하거나 또는 실질적으로 동일하게 휘어진 형상을 갖고 제 2 용접면은 소노트로드의 종축을 따라 연장된 홈구조를 가짐으로써 해결된다.
공지된 선행 기술과 달리 소노트로드의 용접면과 대향 전극 또는 앤빌의 용접면은 휘어져 형성되므로, 거의 포지티브한 결합이 가능하다. 따라서 특히 파이프 용접시 용접 지속 시간 또는 압착력이 과도하게 증가되지 않고도 최적의 변형과 용접이 가능해지는 장점이 제공된다.
본 발명의 개선예에서 제 1 용접면은 대향 전극과 관련해서 볼록한 형상을 갖고, 상기 형상은 실린더형 섹션에 의해 형성된다.
제 1 및 제 2 용접면이 겹치게 놓이는 경우 그것의 곡률 중심점이 일치하거나 거의 일치해야 한다.
제 1 및/또는 제 2 용접면의 서로 연속하는 섹션의 곡률 중심점이 소노트로드 종축에 대해 평행하거나 또는 어느 정도 평행한 중심선에 이르면 특히 양호한 용접 결과가 달성될 수 있다.
제 1 용접면, 즉 소노트로드의 용접면이 특히 평탄하거나 또는 거의 평탄한 표면을 갖는 경우 대향 전극의 용접면은 홈형 형상을 따라 서로 연속하는 융기부에 의해 구성되어 있다.
상기 융기부는 대칭으로 형성되어 있다. 즉, 융기부는 제 2 용접면의 종방향 길이에 대해 수직으로 연장된 평면에 대해 대칭인 측면에 의해 제한된다. 상응하여 융기부를 제한하는 함몰부도 대칭으로 형성된다. 융기부는 날카로운 에지로 형성된 피크를 포함해야 한다. 측면들은 예를 들어 5°≤α≤20°의 각 α을 이룬다.
제 1 용접면이 나사산 형태의 구조를 갖는 방법도 있다. 이에 관한 구조는 앞에서 설명된, 대칭 평면이 제 2 용접면의 종방향 길이에 대해 수직이 아니라 상기 제 2 용접면에 대해 기울어져 연장되는 것과 차이가 있다. 따라서 경사각 β는 0°< β ≤10°일 수 있다.
본 발명의 다른 세부사항, 장점 및 특징들은 - 자체로 및/또는 조합으로 - 청구항 뿐만 아니라 도면에 의한 바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명에도 나타나 있다.
예컨대 열센서, 에어 컨디셔너 또는 냉장고에 필요한 파이프는 먼저 진공되고 나서 냉각 가스로 충전되어야 한다. 이어서 파이프의 밀봉가 필요하다. 이를 위해 도 1 에 따라 예를 들어 압축기의 해당 파이프(10)가 - 이것으로써 본 발명에 제한되지 않고 - 커플러(14)에 의해 진공 또는 가스 충전 장치와 연결된다. 파이프를 진공하고 냉각 가스로 충전한 후 파이프(10)는 단부측으로 유체 밀봉 방식으로 밀봉되어야 한다. 동시에 커플러(14)에 안내된 섹션(16)이 분리되어야 한다.
도 1의 기본도에 따라 파이프(10)는 좌측으로 압축기(12)로부터 돌출한다. 상기 파이프를 압축기 또는 그밖의 측정 또는 냉각 기술 장치로부터 우측으로 돌출시키는 방법도 있다. 파이프(10)의 위치와 무관하게 커플러(14) 또는 그밖의 연결부와 관련해서 파이프(10)를 압축기(12)로 안내되는 섹션(18)으로부터 확실히 밀봉 또는 밀봉 및 분리할 수 있도록, 소노트로드(20) 및 초음파 용접 장치의 할당된 대향 전극 또는 앤빌(21)은 두 개의 밀봉된 용접 영역이 이루어지도록 형성된다. 상기 두 영역 사이에서 파이프(10), 즉 섹션(16,18)이 서로 분리된다. 따라서 커플러(14)로 안내되는 파이프 섹션(16)도 마찬가지로 외측으로 유체 밀봉 방식으로 밀봉됨으로써 커플러(14) 내의 과압으로 인해 가스가 파이프 섹션(16)을 통해 외부로 흘러 나갈 수 없는 장점이 동시에 달성된다.
두 개의 서로 이격된 소정의 밀봉 영역을 형성하기 위해 소노트로드(20)는 두 개의 서로 이격된 용접면(22,24)을 포함하고, 상기 용접면 사이에 절삭 소자(26)가 형성된다. 용접면(22,24)은 만곡된 볼록한 형상을 갖고 소노트로드(20)의 종축을 따라 연장된다.
도 1에 상응하여 소노트로드(20) 또는 그 헤드는 대칭으로 형성되므로, 절삭 소자(26) 및 인접하는 용접면(22,24)과 관련해서 대칭 형태가 제공된다.
소노트로드(20)에 할당된 대항 전극(21) - 앤빌라고도 칭함 - 소노트로드(20)의 용접면(22,24)에 할당된 용접면(42,44)을 포함하고, 상기 용접면(42,44)은 본 발명에 따라 용접면(22,24)의 구조에 상응하는 동일한 형상, 즉 오목하게 만곡된 형상을 갖고, 상기 형상은 마찬가지로 소노트로드(20)의 종축에 대해 평행하게 또는 거의 평행하게 연장된다.
앤빌(21)의 용접면(42,44) 사이에 채널 형태의 수직 리세스(46)가 형성되고, 상기 리세스는 앤빌(21)의 정면을 통과한다. 따라서 수직 리세스(46)는 개구측으로 바닥측 보다 좁은 폭을 갖는다. 절삭시 생성되는 재료를 수용하도록 바닥에 다른 홈이 구비될 수 있다.
제 1 용접면으로 표시된 소노트로드(20)의 용접면(22,24) 및 제 2 용접면으로서 표시된 앤빌(21)의 용접면(42,44)은 동일하게 만곡된 형상을 가짐으로써, 특히 파이프 섹션과 같이 만곡된 금속 부품의 밀봉과 용접시 특히 양호한 용접 결과가 나타난다. 왜냐하면 제 1 및 제 2 용접면(22,24,42,46) 및 그 사이에 형성되어 용접될 파이프 섹션과 같은 금속 부품은 거의 포지티브한 결합으로 배치되기 때문이다.
도 1의 실시예에 따라 소노트로드(20) 및 앤빌(21)이 절삭 소자(26)의 양 측으로 용접면(22,24 또는 42,44)을 이루도록 형성되면, 도 2,4 및 5의 실시예에 따라 앤빌(48) 및 용접면(50)을 포함하는 형상이 가능하고, 따라서 상기 용접면(50)에 소노트로드(54)의 용접면(52)이 할당될 수 있다.
이와 무관하게 앤빌(48) 또는 소노트로드(54)의 용접면(50,52)이 동일하게 만곡된 형상을 가질 수 있고, 따라서 용접면(50,52)은 직접 서로 겹치게 놓이는 경우 이로 인해 포지티브한 결합방식으로 겹쳐진다. 따라서 앤빌(48)의 용접면(50)은 소노트로드(54)의 종축을 그대로 따라 연장된 또는 대략 상기 종축을 따라 연장된 홈형 형태를 갖는다. 상응하여 소노트로드(54)의 용접면(52)은 앤빌(48)과 관련해서 오목하게 만곡된 형상을 갖고, 특히 실린더형 표면 섹션의 구조가 이루어진다. 소노트로드(54)가 앤빌(48)을 향해 하강시 이들 사이로 형성되어 용접될 파이프를 분리할 수 있도록 소노트로드(54)의 용접면(52) 옆에 절삭 에지(58)가 연장되고, 상기 절삭 에지에 앤빌(68)의 전단에지(60)가 할당된다. 또한 분리시 생성되는 재료를 수용할 수 있도록 채널 형태의 홈이 전단에지(60)와 앤빌(48)의 용접면(50) 사이에 제공된다.
도 2에서도 소노트로드(54), 즉 초음파를 받는 상기 전달봉의 헤드는 두 개의 용접면을 가지고 있음을 도시한다. 즉 용접면(52) 외에 할당된 절삭에지(66)를 갖는 정반대로 배치된 용접면(64)을 구비하고, 따라서 소노트로드(54)의 용접면(52,54)중 하나의 종축을 중심으로 회전함으로써 앤빌(48) 및 앤빌의 용접면(50)을 향할 수 있다.
도 3의 실시예는 소노트로드(68), 즉 그 헤드로부터 두 개의 볼록하게 만곡된 용접면(70,72)이 돌출하고, 상기 용접면(70,72)은 앤빌(78)의 용접면(74,76)들 중 하나에 각각 할당되는, 도 1의 실시예에 기본적으로 상응한다. 따라서 앞에서 설명된 장점들을 얻기 위해, 용접면(70,72,74,76)들은 동일하게 만곡된다.
도 2에 따른 도면에 상응하여 앤빌(78)에 선택적으로 두 개의 용접면 쌍(70,72 또는 82,84) 중 하나의 쌍이 할당되도록 소노트로드(48)은 그 종축(80)을 중심으로 회전될 수 있다. 즉 소노트로드(68)은 용접면(70,72 및 82,84)을 포함하는 준회전툴로 형성된다.
용접면들(22,24,42,46,50,52,64,70,72,74,76,82,84)은 각각의 소노트로드(20,54,68) 또는 그 종축선(80)의 종방향으로 연장되고, 소노트로드(20,54,68) 또는 소노트로드 헤드의 용접면(22,24,52,64,70,72,82,84)은 바람직하게 구조화되지 않는다, 즉 표면측으로 평탄하게 형성된다. 그에 비하여 각 대향 전극 또는 앤빌(21,48,78)의 용접면(42,44,50,74,76)은 소노트로드(20,54,68)의 종축에 대해 횡으로 연장된 연속하는 융기부에 의해 형성된 구조를 갖는다. 이것은 도 5에 기본적으로 나타나 있다. 상기 도면에서 앤빌(48)의 용접면(50)이 확대 도시된다. 용접면(50)은 오목하게 휘어진 형상을 갖는 홈모양임을 알 수 있다. 용접면(50)은 연속하는 융기부에 의해 구조화되고, 상기 융기부는 예컨대 도면 부호(90,92,94,96)로 도시된다. 융기부(90,92,94,96)는 뾰족하게 가늘어지도록 형성되고 융기부(90,92,94,96)의 중심면에 대해 대칭인 측면에 의해 제한된다. 측면들은 이로 인해 본 발명에 제한됨 없이 5°≤α≤20° 의 각 α을 이룬다.
융기부(90,92,94,96)는 바람직하게 할당된 소노트로드(54)의 종축선에 대해 횡으로 형성된 평면에서 연장된다. 경우에 따라서는 종축선에 대한 경사가 설정될 수 있으므로, 이에 따라 구조는 나사산 단면에 상응하는 구조에 의해 형성될 수 있다.
도면에 제 1 및 제 2 용접면(22,24,52,64,70,72,82,84;42,44,50,74,76)의 연속하는 섹션의 만곡 중심점이 각각 소노트로드 종축(80)에 대해 평행하거나 또는 거의 평행한 중심선에 놓인다. 따라서 중첩된 제 1 및 제 2 용접면(22,24,52,64,70,72,82,84;42,44,50,74,76)에서 제 1 용접면(22,24,52,64,70,72,82,84)의 중심선 및 제 2 용접면(42,44,50,74,76,86)의 중심 선이 연속하거나 또는 평행하거나 또는 거의 평행하다.
소노트로드의 용접면은 물론 대향 전극 또는 앤빌의 용접면은 휘어지므로, 거의 포지티브한 결합이 가능하다. 따라서 특히 파이프 용접시 용접 지속 시간 또는 압착력이 과도하게 증가되지 않고도 최적의 변형과 용접이 가능해지는 장점이 제공된다.
도 1은 파이프 섹션의 밀봉과 분리를 위한 장치의 기본도.
도 2는 할당된 앤빌을 포함하는 소노트로드의 제 1 실시예의 정면도.
도 3은 할당된 앤빌을 포함하는 소노트로드의 제 2 실시예의 정면도.
도 4는 도 2에 해당하는 투시도.
도 5는 도 4의 확대 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 파이프 12 : 압축기
14 : 커플러 6, 18 : 파이프 섹션
22,24,52,64,70,72,82,84 : 제 1 용접면 42,44,50,74,76 : 제 2 용접면
20, 54, 68 : 소노트로드 21, 48, 78 : 대향 전극
26 : 분리 소자 80 : 종축
90,92,94,96 : 융기부

Claims (11)

  1. 제 1 용접면(22,24,52,64,70,72,82,84)을 갖는 소노트로드(20,54,68), 상기 제 1 용접면 중 하나에 할당된 제 2 용접면(42,44,50,74,76)을 갖는 대향 전극(21,48,78) 또는 앤빌, 및 상기 소노트로드으로부터 제 1 용접면 위로 돌출하는 분리 소자(26)를 포함하고, 상기 제 1 용접면은 소노트로드 종축에 대해 횡으로 형성된 평면에서 휘어진 형상을 갖는, 초음파 용접 장치를 이용하여 금속된 파이프 섹션(16,18)을 유체 밀봉 방식으로 밀봉하고 분리하기 위한 장치에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 용접면(22,24,42,44,50,52,64,70,72,74,76,82,84)은 동일하거나 또는 실질적으로 동일하게 휘어진 형상을 갖고, 상기 제 2 용접면(42,44,50,74,76)은 상기 소노트로드(20,4,68)의 종축선(80)을 따라 연장된 홈 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 용접면(22,24,52,64,70,72,82,84)은 대향 전극(21,48,78)과 관련해서 실린더형 표면 섹션에 의해 형성된 볼록한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 용접면(22,24,42,44;52,70,72;74,76;86)이 겹치게 놓이는 경우 그것의 만곡 중심점은 일치하거나 또는 거의 일치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 용접면(22,24,52,64,70,82,84;42,44,50,74,76)의 연속하는 섹션의 만곡 중심점은 각각 소노트로드(80)에 대해 평행한 또는 거의 평행한 중심선에 놓이는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 용접면( 22,24,52,64,70,72,82,84;42,44,50,74,76)이 연속하는 경우 제 1 용접면(22,24,52,64,70,72,82,84)의 중심선 및 제 2 용접면(42,44,50,74,76,86)의 중심선이 서로 겹치거나 또는 평행하거나 또는 거의 평행한 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 용접면(22,24,52,64,70,72,82,84)은 평평한 또는 거의 평평한 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 2 용접면(42,44,50,74,76,86)은 그 홈형 형상을 따라 연속하는 융기부(90,92,94,96)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 연속하는 융기부(90,92,94,96)의 간격은 동일하거나 또는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 융기부(90,92,94,96)는 제 2 용접면(42,44,50,74,76)의 종방향 길이에 대해 수직으로 연장된 평면에 대해 대칭으로 형성된 측면에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 융기부(90,92,94,96)의 측면들은 5°≤α≤20° 의 각 α을 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 제 2 용접면(42,44,50,74,76)은 나사산 섹션의 구조와 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
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