CABEZA PARA DISPOSITIVO DE SOLDADURA ULTRASONICA QUE COMPRENDE ELEMENTO DE REFUERZO PARA REDUCIR LA DESVIACION DE LA SUPERFICIE DE TRABAJO DE LA HERRAMIENTA
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención es concerniente con una herramienta para un dispositivo de soldadura ultrasónico en forma de un sonotrodo, que transfiere oscilaciones ultrasónicas con por lo menos una superficie de trabajo para soldar metal con oscilaciones ultrasónicas que corren en la dirección del eje longitudinal del sonotrodo, mediante lo cual el sonotrodo o cabeza de sonotrodo exhibe una superficie frontal, que corre perpendicular o esencialmente perpendicular a por lo menos una superficie de trabajo. ANTECEDENTES DE LA INVENCION Cuando se montan materiales utilizando ultrasonido, la energía necesaria para la . soldadura esta en forma de oscilaciones mecánicas al material de soldadura, mediante lo cual la herramienta, la cual también esta diseñada como un sonotrodo, es acoplada con la parte a ser unida, la cual inmigra hacia y mueve esta. Al mismo tiempo, las partes a ser unidas son comprimidas entre si mediante una fuerza de soldadura estática. La soldadura de las partes a ser unidas toma lugar por medio de la interacción de fuerzas estáticas y dinámicas, sin las cuales requerirían materiales adicionales.
Ref.: 171650 Plásticos y metales pueden ser soldados por medio de ultrasonido . Las oscilaciones mecánicas son alineadas paralelas a la superficie unida. Esto da como resultado una relación compleja entre la resistencia estática, la fuerza cortante oscilante y una elevación de temperatura moderada en la zona de soldadura . Para esto, las piezas de trabajo son arregladas entre el sonotrodo vibrador y un electrodo de placa posterior estático, que puede ser diseñado en un formato de múltiples partes, con el fin de limitar el sonotrodo, esto es la superficie de trabajo de sus cabezas de una cámara de compresión. Esto puede ser diseñado en dos direcciones que corren perpendiculares entre sí, en particular altura y ancho tal como en EP-B-0 143 936 o DE-C-35 08 122. Mediante esto, una alineación a las secciones transversales da como resultado que los conductores sean soldados, por ejemplo. Con el fin de obtener resultados de soldadura reproducibles de alta calidad, la desviación del sonotrodo debe tomar lugar predominantemente solo en la dirección longitudinal, así en la dirección de la oscilación ultrasónica, sin la cual una desviación toma lugar perpendicular a esto a una extensión notable. Los sonotrodos conocidos exhiben superficies frontales que bordean las superficies de trabajo. De acuerdo con la construcción, una alta desviación de la superficie de trabajo toma lugar perpendicular al eje longitudinal del sonotrodo en relación con la desviación en la dirección del eje longitudinal del sonotrodo. Mediante esto, la desventaja resulta de que la superficie de trabajo puede correr doblada al eje longitudinal del sonotrodo, de tal manera que se puede formar un espacio o separación entre la superficie de trabajo y las partes disponibles, que corren paralelas al eje longitudinal del sonotrodo . Un sonotrodo de la clase especificada inicialmente es tomado de WO-A- 02/43915. Con el fin de reemplazar las superficies de trabajo, estas secciones están compuestas de partes de trabajo, que son separables y combinables con el sonotrodo . De FR-A-1 464 551, un dispositivo de soldadura electrónico es tomado, que genera oscilaciones de flexión o dobles. Para esto, un elemento para oscilaciones de flexión corre, sobre cuyo extremo corre una superficie de trabajo, preferiblemente a un ángulo recto, a un elemento oscilante en el cual oscilaciones ultrasónicas directas son transferidas. Con el fin de dispersar fluidos, US-A-4 074 152 propone el inicio ultrasónico con oscilación de un elemento de cilindro hueco, que esta integrado con un amplificador de amplitud de oscilación. Para esto, una proyección sobresale de un elemento de sonido, que interfiere con el trabajo, ajustado correspondientemente del amplificador de amplitud.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención resuelve el problema al desarrollar adicionalmente un sonotrodo de la clase especificada inicialmente en la cual la forma de la oscilación ultrasónica es optimizada. Para resolver el problema, la invención propone inicialmente que, para reducir la desviación de por lo menos una superficie de trabajo perpendicular al eje longitudinal del sonotrodo, la superficie frontal del sonotrodo, cabeza del sonotrodo o lado posterior del sonotrodo exhiba por lo menos un refuerzo. El refuerzo puede, mediante esto, ser diseñado como una nervadura. El refuerzo del borde del sonotrodo y/o su cabeza puede ser diseñada elevándose en la dirección del eje medio del sonotrodo. El refuerzo puede exhibir por ejemplo geometría triangular en una sección del eje del sonotrodo. Se propone en particular que el refuerzo se atrase lineal o tórico y corra paralelo a la superficie de trabajo. Además, el refuerzo se puede proyectar en toda o esencialmente toda la superficie frontal del sonotrodo y/o su cabeza. Preferiblemente, el refuerzo es trazado simétricamente a un plano de simetría, en el cual corre el eje longitudinal del sonotrodo. Otras geometrías son también posibles.
Preferiblemente, el sonotrodo es colocado de tal manera que, con el excitación ultrasónica, en desviación a2 del sonotrodo en cuya dirección del eje longitudinal actúa perpendicular a la superficie de trabajo en la desviación como 3 = az/ay = 20. De acuerdo con la teoría de la invención, el sonotrodo, la cabeza del sonotrodo que exhiben el área de trabajo, respectivamente, es reforzado, mediante lo cual la forma vibratoria del sontrodo es afectada positivamente de tal manera que la desviación disminuye perpendicular al eje longitudinal del sonotrodo y supera mas fuertemente en la dirección longitudinal . Al reforzar la cabeza, el gradiente de la superficie de trabajo es reducido claramente y la desviación de la dirección del eje longitudinal a la desviación es incrementada perpendicular a la desviación del eje longitudinal . Si se presenta la configuración del refuerzo, preferiblemente vía un nervadura, que se vuelve más gruesa en relación con el eje longitudinal del sonotrodo, otras geometrías son también posibles . La nervadura de refuerzo puede ser trazada tanto sobre todo el ancho y sobre parte del sonotrodo. El contorno de la nervadura de refuerzo puede ser formado, en promedio, mediante líneas rectas agudas o una curva que cambia continua que es cortada en su máximo del eje longitudinal del sonotrodo. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es una representación de principio (cálculo elemental finito) de un sonotrodo de acuerdo con el estado de la técnica, La figura 2 es una primera forma de diseño de un sonotrodo de acuerdo con la teoría de la invención, La figura 3 es una vista frontal de un sonotrodo de acuerdo con la figura 2, La figura 4 es una segunda forma de diseño de un sonotrodo de acuerdo con la teoría de la invención y La figura 5 es una representación de principio (cálculo elemental finito) de un sonotrodo de acuerdo con la teoría de la invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 representa en principio un sonotrodo 10 diseñado para un dispositivo de soldadura ultrasónica, que está diseñado para soldar metal . La representación es una ilustración de un cálculo de elemento finito. El sonotrodo 10 consiste de un cuerpo base 12 con una cabeza prominente 14, que exhibe superficies de trabajo 16 y 18, que corren paralelas al eje longitudinal z del sonotrodo 10 cuando el sonotrodo 10 no está activado. Con el fin de soldar partes de metal, el sonotrodo 10 es excitado por medio de un convertidor y si es necesario, un reforzador arreglado entre el convertidor y el sonotrodo 10 en oscilaciones ultrasónicas, mediante lo cual se tiene como resultado una desviación del sonotrodo 10 en dirección z. Cuando se suelda, la superficie de trabajo 16 en las figuras, es prensada a las partes de metal a ser soldadas, que son soportadas sobre un electrodo de placa posterior, que también está diseñada como un yunque. Si es necesario, la superficie de trabajo 16 puede limitar una cámara de compresión, cuyas superficies limitantes restantes son formadas por un electrodo de placa posterior de múltiples partes. A la extensión posible se puede hacer referencia a dispositivos de soldadura ultrasónicos conocidos, tales como aquellos en DE-C-35 08 122 por ejemplo, se dan citas de publicaciones . Las superficies de trabajo 16, 18 están limitadas por una superficie frontal 20 de la cabeza 14 del sonotrodo, que corre perpendicular a las superficies de trabajo 16, 18 con un sonotrodo 10 que no está activado. En las figuras, las superficies de trabajo 16, 18 corren perpendiculares o esencialmente perpendiculares al eje y y son desplazadas, durante la soldadura, a lo largo del sonotrodo o yunque, que está anexado al sonotrodo. Durante la soldadura, ha ocurrido que el sonotrodo 10 es desplazado no solamente en dirección del eje longitudinal z del sonotrodo, sino también perpendicular a este, en dirección y, mediante lo cual se tiene como resultado una inclinación de las superficies de trabajo 16, 18 (ángulo a) . Mediante esto, la calidad de soldadura es afectada. Además, la reproducibilidad de los resultados de soldadura pueden ser impactados, dependiendo de la desviación de la cabeza 14 del sonotrodo en dirección y. De acuerdo con la invención, se propone que un sonotrodo, como se representa principalmente en la figura 5 con un cuerpo de base cilindrico 24, cabeza de sonotrodo 26 y superficies de trabajo 28, 30 exhiba un refuerzo 34 que emana de su superficie frontal 32, mediante lo cual se reduce la desviación del sonotrodo 22 en dirección y. Via el refuerzo 34, se disminuye la deformidad de la cabeza del sonotrodo 26, acortado respectivamente en dirección y, de tal manera que se mejora la forma de vibración innata del sonotrodo 22. La cabeza del sonotrodo 26, de manera conocida, está compuesta de una sección interna en forma de trapezoide, en forma de pirámide o forma de trompeta, que emana desde el cuerpo base 24 y una sección externa en forma de cubo o forma de viga, que exhibe las superficies de trabajo 28, 30. Las geometrías correspondientes también resultan de una comparación de las figuras 2 y 3. Además, de acuerdo con la ilustración de la figura 1, las superficies de trabajo 28, 30 corren perpendiculares al eje y. De acuerdo con la teoría de la invención, la proporción de inclinación de las superficies de trabajo 28, 30 disminuye al eje longitudinal del sonotrodo (40) , asi al eje z y la proporción de desviación del sonotrodo 22 es incrementada en dirección z para desviación perpendicular al eje z, así en dirección del eje y. Como se puede inferir de las figuras 2-4 en particular, en las cuales se usan esencialmente los mismos números de referencia para los elementos de la figura 5, el refuerzo 34 a ser tomado principalmente de la figura 5 es realizado de tal manera que, de la superficie frontal 32 de la cabeza del sonotrodo 26, una nervadura sobresale en dirección longitudinal de la cabeza del sonotrodo 26 sobre la superficie frontal 32, que en promedio exhibe una geometría triangular (figuras 2, 3) o una geometría curva (figura 4) . Los refuerzos correspondientes son marcados con los números de referencia 36 y 38. Por consiguiente, en particular, como se puede inferir de la vista lateral de acuerdo con las figuras 2 y 4, que cada refuerzo 36, 38 sobresale de las superficies de trabajo 28, 30 y se eleva sobre la cara frontal 32, mediante lo cual la extensión máxima cae en dirección z en la intersección con el eje medio 40 del sonotrodo 22, esto es su cabeza base 21. La proyección máxima d, del refuerzo 34, 36 sobre la superficie frontal 32 del sonotrodo 26 debe ser de 15 mm, justo como otras dimensiones entran en cuestión en la descripción del sonotrodo. Sin embargo, una proyección máxima de 15 tiene la ventaja de que sonotrodos correspondientes son aplicables a los dispositivos de soldadura ultrasónica presentes ya en uso. En particular, el refuerzo 34, 36, 38 debe ser construido de tal manera que la desviación az del sonotrodo 22 en dirección z actúe como la desviación ay del sonotrodo 22 en dirección y, como 3 az /ay = 20. En las figuras, si el refuerzo 34, 36, 38 se extiende sobre toda la altura de la cabeza del sonotrodo 26, entonces existe la posibilidad de que el refuerzo, por ejemplo, comience a correr en el intervalo medio de la superficie frontal 32, presente así sobre la superficie de trabajo 28, 30. Otras geometrías son también posibles. Además, la parte posterior de la cabeza del sonotrodo 26, que exhibe secciones exteriores en forma de superficies de trabajo 28, 30 puede exhibir uno o más refuerzos, mediante lo cual, si es necesario, el refuerzo en la parte frontal es omitido. Si el refuerzo corre en la parte posterior, entonces la extensión superficial de la sección interior de la cabeza del sonotrodo es más pequeña que aquella de la sección exterior, que exhibe por lo menos una superficie de trabajo. También, es natural de acuerdo con la teoría de la invención, que los sonotrodos tengan cabezas de sonotrodo, que no exhiben geometría en forma de cubo o geometría en forma de viga, sino que en lugar de esto exhiben la geometría de una figura de múltiples lados, tal como un hexágono, cuyas esquinas por ejemplo están arregladas en un círculo uniforme y así muestran una geometría principal que por ejemplo, puede ser tomada de DE-A-33 35 254 o EP-A-0 083 707. Naturalmente, también existe la posibilidad, con respecto a una cabeza de sonotrodo de la clase descrita, de tal manera que la cabeza de sonotrodo exhiba un refuerzo sobre el lado del cuerpo base del sonotrodo. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la practica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.