DE102005004771B4

DE102005004771B4 - Device and method for severing and the ends of the resulting individual pieces closing ultrasonic welding of elongated hollow bodies, in particular pipes

Info

Publication number: DE102005004771B4
Application number: DE102005004771A
Authority: DE
Inventors: Klaus Eckhart Dobernecker
Original assignee: Forsch & Entwicklung Klaus Dob; FORSCHUNG and ENTWICKLUNG KLAUS DOBERNECKER ING GRAD
Current assignee: Forsch & Entwicklung Klaus Dob; FORSCHUNG and ENTWICKLUNG KLAUS DOBERNECKER ING GRAD
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: DE102005004771A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum durchtrennenden und die Enden der entstehenden Einzelstücke verschließenden Ultraschall-Verschweißen von länglichen Hohlkörpern, insbesondere Rohren, vorgestellt, umfassend eine Schallschwingungen erzeugende Sonotrode (1), eine der Sonotrode (1) zugeordnete Gegenelekrode (2), wobei beim Aufeinanderfahren der Sonotrode (1) und Gegenelektrode (2) die Hohlkörper bei Beaufschlagung mit Ultraschallenergie in zwei Einzelstücke getrennt und diese jeweils an deren einen Ende den jeweiligen Hohlraum verschließend quetschend geschweißt werden, wobei die Sonotrode (1) und die Gegenelektrode (2) derart zueinander geformt sind, daß das Trennen in zwei Einzelstücke abfallfrei erfolgt.A device for cutting ultrasonic welding of elongated hollow bodies, in particular pipes, which seals the ends of the resulting individual pieces is presented, comprising a sonotrode (1) generating sound vibrations, a counterelectrode (2) assigned to the sonotrode (1), the Sonotrode (1) and counterelectrode (2) separate the hollow bodies into two individual pieces when exposed to ultrasound energy, and these are welded to their respective ends to squeeze the respective cavity, the sonotrode (1) and the counterelectrode (2) being shaped in relation to one another that the separation into two individual pieces takes place without waste.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum durch-trennenden und die Enden der entstehenden Einzelstücke verschließenden Ultraschallverschweißen von länglichen Hohlkörpern, insbesondere Rohren, umfassend eine Schallschwingungen erzeugende Sonotrode, eine der Sonotrode zugeordnete Gegenelektrode, wobei beim Aufeinanderfahren der Sonotrode und Gegenelektrode die Hohlkörper bei Beaufschlagung mit Ultraschallenergie in zwei Einzelstücke getrennt und diese jeweils an deren einen Ende den jeweiligen Hohlraum verschließend quetschend geschweißt werden.The The invention relates to an apparatus and method for through-severing and the ends of the resulting individual pieces closing ultrasonic welding of elongated Hollow bodies, in particular Tubes comprising a sounding sonotrode, one of the sonotrode associated counter electrode, wherein when driving on each other the sonotrode and counter electrode the hollow body when exposed to Ultrasonic energy separated into two separate pieces and these each squeezing the respective cavity at one end thereof welded become.

DE 102 10 075 A1 offenbart eine Vorrichtung zum fluiddichten Abdichten und Trennen eine Rohrabschnittes mittels einer Ultraschweißvorrichtung, umfassend eine Sonotrode mit einer ersten Schweißfläche und eine Gegenelektrode oder einen Amboss mit einer der ersten Schweißfläche zugeordneten zweiten Schweißfläche sowie ein von der Sonotrode ausgehendes und über der ersten Schweißfläche vorstehendes Trennelement, um einen Abschnitt eines Rohres ohne Werkzeugwechsel oder Umpositionieren der Ultraschweißvorrichtung derart trennen zu können, daß das Rohr unabhängig davon, auf welcher Seite der Abschnitt verläuft, fluiddicht verschlossen wird, wird vorgeschlagen, daß die Sonotrode zwei zueinander beabstandete erste Schweißflächen aufweist, denen zwei zweite Schweißflächen der Gegenelektrode zugeordnet sind und daß zwischen den zwei ersten Schweißflächen das Trennelement verläuft, dem eine Aussparung zwischen den zwei zweiten Schweißflächen der Gegenelektrode zugeordnet ist. DE 102 10 075 A1 discloses a device for fluid-tightly sealing and separating a pipe section by means of an ultrasonic welding device comprising a sonotrode having a first welding surface and a counterelectrode or anvil having a second welding surface associated with the first welding surface and a separating element extending from the sonotrode and projecting above the first welding surface To be able to separate a section of a pipe without tool change or repositioning of the ultrasonic welding device so that the tube is fluid-tight regardless of which side of the section is on, it is proposed that the sonotrode has two spaced apart first welding surfaces, which two second welding surfaces of Are associated counter electrode and that between the two first welding surfaces, the separating element, which is associated with a recess between the two second welding surfaces of the counter electrode.

Die vorgenannten Vorrichtungen sind auf dem Markt erhältlich, wobei diese jedoch den Nachteil aufweisen, daß das quetschend ultraschallschweißend abdichtende Ende für später einzufüllende Kühlmittel nicht immer optimal gelingt, so daß im Laufe der Zeit diese an den Enden austreten können und somit kleine Leckagen darstellen.The the aforementioned devices are available on the market, However, these have the disadvantage that the squeezing ultrasonic welding sealing End for later be filled coolant not always optimally succeeding, so over time this on can escape the ends and thus represent small leaks.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 10 sowie eine Verwendung nach Anspruch 12 gelöst.This Problem is inventively An apparatus according to claim 1, a method according to claim 10 and a use according to claim 12 solved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Schallschwingungen erzeugende Sonotrode, eine der Sonotrode zugeordnete Gegenelektrode, wobei beim Aufeinanderfahren der Sonotrode und Gegenelektrode, also dem Auffahren der Sonotrode auf die Gegenelektrode oder umgekehrt oder aber beim gleichzeitigen Aufeinanderfahren der Sonotrode und Gegenelektrode, die Hohlkörper bei Beaufschlagung mit Ultraschallenergie in zwei Einzelstücke getrennt und diese jeweils an deren einen Ende den jeweiligen Hohlraum verschließend quetschend geschweißt werden, wobei es mit erfindungswesentlich ist, daß die Sonotrode und die Gegenelektrode derart zueinander geformt sind, daß das Trennen in zwei Einzelstücke abfallfrei erfolgt.The inventive device includes one Sonotrode producing sonic vibrations, one of the sonotrode assigned Counterelectrode, whereby, when the sonotrode and counterelectrode travel toward one another, So the approach of the sonotrode on the counter electrode or vice versa or in the simultaneous juxtaposition of the sonotrode and Counter electrode, the hollow body separated into two separate pieces when exposed to ultrasonic energy and these are each welded closing squeezing the respective cavity, wherein it is essential to the invention that the sonotrode and the counter electrode in such a way are formed to each other, that the Separate into two individual pieces without waste.

Dabei ist es erfindungsgemäß so, daß die Sonotrode eine Scherfläche und die Gegenelektrode eine korrespondierende Abscherkante oder umgekehrt aufweist.there it is according to the invention so that the sonotrode a shear plane and the counter electrode has a corresponding shearing edge or conversely.

Durch das Abscheren entstehen keine Reststücke, wobei gleichzeitig bei Applikation von Ultraschall und der mechanischen Einwirkung von Sonotrode und Gegenelektrode auf den zu quetschenden Hohlkörper diese derart dichtend verschweißt werden, daß auch gasförmige Stoffe oder unter hohem Druck stehende Flüssigkeit, wie beispielsweise Butan, auch über Jahre hinweg nicht austreten können.By the shearing no residue, with at the same time at Application of ultrasound and the mechanical action of Sonotrode and counterelectrode on the hollow body to be squeezed welded so tightly be that too gaseous Substances or high pressure fluid, such as Butane, too over Years can not escape.

Häufig werden Rohre als längliche Hohlkörper verschweißt, wobei es sich hierbei in vielen Fällen um Kupfer- oder Kupfer enthaltende Metallrohre handelt.Become frequent Pipes as elongated hollow body welded, these are in many cases copper or copper containing metal pipes.

Weiterhin ist es möglich, daß die Sonotrode und die Gegenelektrode jeweils eine korrespondierende Scherfläche aufweisen, d. h. daß beim Aufeinanderfahren bis zum jeweiligen Anschlag sich diese beiden Flächen dicht aneinanderlegend gegenüberstehen, da sich auf diese Weise ein besonders sauberes Abscheren bewerkstelligen läßt.Farther Is it possible, that the Sonotrode and the counter electrode each have a corresponding shear area have, d. H. that at Run up to the respective stop these two surfaces face each other tightly because in this way accomplish a particularly clean shearing leaves.

Dies gilt insbesondere, wenn eine Scherfläche in Fahrrichtung der Gegenelektrode und/oder Sonotrode ausgerichtet ist und/oder insbesondere beide Scherflächen in Fahrrichtung der Gegenelektrode und/oder Sonotrode ausgerichtet sind.This especially applies if a shear surface in the direction of travel of the counter electrode and / or sonotrode is aligned and / or in particular both shears aligned in the direction of travel of the counter electrode and / or sonotrode are.

In vorteilhafter Weise sind die Steighöhen der Scherflächen von Gegenelektrode und Sonotrode (also die Länge der Scherfläche im Querschnitt) in Fahrrichtung gesehen identisch, da bei Bedarf zwei gleichwertige quetschende Verschweißungen der entstehenden Einzelstücke durchgeführt werden können.In Advantageously, the riser heights of the shear surfaces of Counter electrode and sonotrode (ie the length of the shear surface in cross section) in the direction of travel identical, as needed two equivalent squeezing welds the resulting individual pieces carried out can be.

Es hat sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Sonotrode und/oder die Gegenelek trode mindestens ein Auflaufprofil aufweisen/aufweist, das im Querschnitt gesehen von innen nach außen laufend einen bogenartigen Verlauf mit einer lokalen Erhebung aufweist, um somit einen kleinen Zwischenraum beim Aufeinanderfahren von Gegenelektrode und Sonotrode im Anschlagszustand für abgeschertes und am jeweiligen Einzelstück angeordnetes Material bereitzustellen.It has been found in practice to be advantageous if the sonotrode and / or the Gegenelek electrode have at least one casserole profile / seen in cross-section from the inside to the outside running a bow-like course with a local survey, thus a small gap in the Driving towards each other of counter electrode and sonotrode in the stop state for sheared off and on the respective single piece to provide ordered material.

In diesem Zusammenhang hat es sich in der Praxis bewährt, daß zum Auflaufprofil in Fahrrichtung eine Auflauffläche korrespondiert, insbesondere wenn die Auflauffläche eine aufgerauhte, insbesondere eine geriffelte Oberfläche aufweist, um ein sicheres mechanisches Fixieren der Hohlkörper zu gewährleisten.In In this context, it has been proven in practice that the casserole profile in the direction of travel a ramp surface Corresponds, in particular if the ramp surface a roughened, in particular a ribbed surface to ensure a secure mechanical fixing of the hollow body guarantee.

Da es sich bei den Sonotroden um Verbrauchselemente handelt, ist es von Vorteil, wenn die Sonotrode um ihre Mittelachse drehbar ist und im Querschnitt gesehen auf den gegenüberliegenden Seiten jeweils ein zueinander bezüglich der Mittelachse zentrosymmetrisch ausgebildetes Profil aufweist, so daß bei Drehung um 180° quasi ein identisches Sonotrodenprofil vorhanden ist, das mit der entsprechenden Gegenelektrode in obigen Sinne wechselwirken kann. Auf diese Weise werden wertvolle Materialkosten und Zeit beim Wechsel gespart.There it is with the sonotrodes to consumption elements, it is advantageous if the sonotrode is rotatable about its central axis and seen in cross-section on the opposite sides, respectively a respect to each other the central axis has a centrosymmetrically formed profile, so that at Rotation by 180 °, so to speak an identical sonotrode profile is present with the corresponding Counter electrode can interact in the above sense. In this way Saves valuable material costs and time when changing.

Im Sinne der obigen Erläuterungen ist es u. a. erfindungsgewesentlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird.in the Meaning of the above explanations is it u. a. essential to the invention that the inventive method characterized in that a device according to the invention is used.

Insbesondere ist es vorteilhaft, daß beim Aufeinanderfahren von Sonotrode und Gegenelektrode, also dem Auffahren der Sonotrode auf die Gegenelektrode oder umgekehrt oder dem gleichzeitigen Aufeinanderfahren von Sonotrode und Gegenelektrode aufeinander, der Hohlkörper in zwei Einzelstücke abgeschert und beim Abscheren Ultraschallenergie appliziert wird, da auf diese Weise eine besonders hohe abdichtende Wirkung erzielt wird. Ein besonderes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder aufgezeigten Sonotrode und/oder Gegenelektrode ist das Ultraschallverschweißen von mit Kühlmitteln gefüllten Rohren, insbesondere zur Herstellung von Wärmetauschern, insbesondere für Kühlaggregate, wobei die Rohre beispielsweise mit Butan gefüllt sein können.Especially it is advantageous that when driving on each other of sonotrode and counterelectrode, so the approach of the sonotrode on the counterelectrode or vice versa or the simultaneous running on each other of sonotrode and counterelectrode on each other, the hollow body in two individual pieces sheared off and ultrasonic energy is applied during shearing, because achieved in this way a particularly high sealing effect becomes. A special field of application of the device according to the invention or pointed sonotrode and / or counter electrode is the ultrasonic welding of with coolants filled Pipes, in particular for the production of heat exchangers, in particular for cooling units, wherein the tubes may be filled with butane, for example.

Die Materialien der Sonotrode und Gegenelektrode sowie die zu applizierende Energie und weitere Verfahrensparameter entsprechen denen üblicher Ultraschallschweißanwendungen und sind dem Fachmann bekannt.The Materials of the sonotrode and counter electrode and the applied Energy and other process parameters are the same as usual Ultrasonic welding applications and are known in the art.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.in the The following is the invention with reference to an embodiment explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 – eine schematische Querschnittsansicht von Sonotrode und Gegenelektrode einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 - A schematic cross-sectional view of sonotrode and counter electrode of a device according to the invention.

1 zeigt eine skizzenhafte Querschnittsansicht einer Sonotrode 1 und entsprechenden Gegenelektrode 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 shows a sketchy cross-sectional view of a sonotrode 1 and corresponding counter electrode 2 a device according to the invention.

Die Sonotrode 1 ist um eine ihrer Mittelachsen M (aus der Papierebene herausragend) um 180° drehbar (siehe Pfeile), wobei die Gegenelektrode 2 translatorisch in Richtung Sonotrode 1 (und zurück) verschiebbar ist. Sowohl die Sonotrode 1 als auch die Gegenelektrode 2 weisen jeweils eine Scherfläche 3 und eine korrespondierende Abscherkante 4 auf. Die Scherflächen 3 weisen jeweils eine Steighöhe h auf. Darüber hinaus weist die Sonotrode auf jeder Seite zwei Auflaufprofile 5 auf, die im Querschnitt gesehen von innen nach außen laufend einen bogenartigen Verlauf mit einer lokalen Erhebung aufweisen. Die Gegenelektrode 2 weist zwei Auflaufflächen 6 auf, die zu den jeweiligen Auflaufprofilen 5 in Fahrrichtung korrespondieren. Schließlich beinhaltet die Sonotrode 1 im Querschnitt gesehen auf den gegenüberliegenden Seiten jeweils ein zueinander bezüglich der Mittelachse zentrosymmetrisch ausgebildetes Profil, was in diesem Fall aus den beiden Auflaufprofilen 5 und der Scherfläche 3 mit deren Steighöhe h besteht.The sonotrode 1 is about one of its central axes M (protruding from the plane of the paper) by 180 ° rotatable (see arrows), wherein the counter electrode 2 translatory towards sonotrode 1 (and back) is displaceable. Both the sonotrode 1 as well as the counter electrode 2 each have a shear surface 3 and a corresponding shearing edge 4 on. The shear surfaces 3 each have a height of rise h. In addition, the sonotrode has two casserole profiles on each side 5 on, seen in cross section from the inside to the outside running an arc-like course with a local elevation. The counter electrode 2 has two ramp surfaces 6 on that to the respective casserole profiles 5 in the direction of travel correspond. Finally, the sonotrode includes 1 Seen in cross-section on the opposite sides in each case one with respect to the central axis centrosymmetrically formed profile, which in this case from the two casserole profiles 5 and the shear surface 3 exists with their height of rise h.

Erfindungsgemäß wird ein Rohr zwischen Sonotrode 1 und Gegenelektrode 2 angeordnet, um anschließend durch Aufeinanderfahren der Gegenelektrode 2 auf die Sonotrode 1 bei gleichzeitiger Applikation von Ultraschallenergie abscherend in zwei Einzelstücke jeweils abdichtend abgetrennt zu werden.According to the invention, a tube between sonotrode 1 and counter electrode 2 arranged to subsequently by moving the counter electrode 2 on the sonotrode 1 shearing at the same time be separated in two individual pieces with simultaneous application of ultrasonic energy.

Claims

Device for severing and closing the ends of the resulting individual pieces ultrasonic welding of elongated hollow bodies, in particular tubes, comprising - a sonotrode generating sound vibrations ( 1 ), - one of the sonotrode ( 1 ) associated counter electrode ( 2 ), in which the sonotrode ( 1 ) and counterelectrode ( 2 ) the hollow bodies separated upon application of ultrasonic energy in two individual pieces and these each closing at one end of the respective cavity to be welded, characterized in that the sonotrode ( 1 ) and the counterelectrode ( 2 ) are formed to one another in such a way that the separation into two individual pieces is carried out without waste, wherein either the sonotrode ( 1 ) a shear surface ( 3 ) and the counterelectrode ( 2 ) a corresponding shearing edge ( 4 ) or vice versa, or the sonotrode ( 1 ) and the counterelectrode ( 2 ) each have a corresponding shear surface ( 3 ) exhibit.

Device according to claim 1, characterized in that a shear surface ( 3 ) is aligned in the direction of travel of the counter electrode and / or sonotrode.

Device according to one of claims 1 to 2, characterized in that both shear surfaces ( 3 ) are aligned in the direction of travel of the counter electrode and / or sonotrode.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the riser heights (h) of the shear surfaces ( 3 ) of counterelectrode ( 2 ) and sonotrode ( 1 ) are identical in the direction of travel.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sonotrode ( 1 ) and / or the counterelectrode ( 2 ) at least one casserole profile ( 5 Have / has, seen in cross section from the inside to the outside running an arc-like course with a local survey.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the casserole profile ( 5 ) in the direction of travel a ramp surface ( 6 ) corresponds.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the ramp surface ( 6 ) has a roughened surface.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the ramp surface ( 6 ) Has a grooved upper surface.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sonotrode ( 1 ) is rotatable about its central axis (M) and seen in cross-section on the opposite sides in each case one with respect to a central axis centrosymmetrically formed profile.

Process for severing and the ends of the resulting individual pieces closing ultrasonic welding of elongated Hollow bodies, in particular tubes, characterized in that a device according to a of claims 1 to 9 is used.

Method according to claim 10, characterized in that when Sonotrode ( 1 ) and counterelectrode ( 2 ) sheared off the hollow body in two individual pieces and applied ultrasonic energy during shearing.

Use of a device according to one of claims 1 to 9 and / or of a sonotrode (see claims 1 to 9) (US Pat. 1 ) and / or counterelectrode ( 2 ) for ultrasonic welding of tubes filled with coolant, in particular for the production of heat exchangers, in particular for cooling units.