RS56085B1 - Uređaj za zavarivanje ultrazvukom - Google Patents

Description

Opis

Pronalazak se odnosi na uređaj za zavarivanje ultrazvukom prema glavnom pojmu zahteva 1 (vidi US-A-6 786 384)

Odgovarajući uredjaj može se videti u DE 189 59 355 C2. Ležište preuzima kako radijalne tako i aksijalne sile kao i momente savijanja i torzione momente. Ležište pri tome obuhvata u razmaku od λ/4 prema glavi sonotrode, u čijoj se oblasti nalazi površina zavarivanja, jedan radijalno istureni prvi odeljak, koji sa svoje strane prelazi u, uzdužnom pravcu sonotrode i prema ovoj odmaknuto, prolazeći drugi odeljak.

Prema DE 35 08 122 C2 sonotroda uređaja za zavarivanje ultrazvukom oslonjena je u tačkama mnoštvom vertikalno prema uzdužnoj osi polazećih šrafova.

Iz DE 10 2005 063 230 B3 se može videti uređaj za ultrazvučnu obradu nekog radnog komada. Pri tome je sonotroda povezana sa dva booster-a preko kojih se postavlja oscilator koji obuhvata sonotrodu i booster-e. Radi ovoga se boosteri okružuju nekim parčetom cevi ili čaurom koje su sa booster-ima povezane pomoću kompresivne spojnice ili nekim navojem.

Prethodno poznate postavke za uležištenje oscilatora nekog uređaja za zavarivanje ultrazvukom imaju potrebu za zahtevnim podešavanjem, da bi se sonotroda podesila aksijalno i radijalno, radi izvodjenja ponovljivih procesa zavarivanja visokog kvaliteta.

Predloženom pronalasku u osnovi leži zadatak da tako dalje usavrši uređaj za zavarivanje ultrazvukom prethodno opisane vrste, da je konstruktivno jednostavnim merama moguće kako radijalno tako i aksijalno podešavanje sonotrode, bez potrebe za komplikovanim merama montaže.

Prema pronalasku zadatak se rešava uređajem za zavarivanje ultrazvukom prema zahtevu 1.

Poukom prema pronalasku radijalno podešavanje sonotrode se odvija tako da je ova oslonjena površinom na poprečni krak preko jednog ravnog segmenta dodeljenog kraka. Različito od stanja tehnike ne dešava se oslanjanje u tačkastom obliku već je to oslanjanje površinom.

Aksijalno podešavanje se odvija tako što sonotroda jednim delom naleže na najmanje jedan od bočnih krakova ispusta, pri čemu takodje posebno sledi oslanjanje po površini. U odnosu na preostali bočni krak sonotroda može prema njemu da bude distancirana.

Nadalje je predviđeno da prvo ležište obuhvata poprečno prema poprečnom kraku i u uzdužnom pravcu sonotrode protežući oslonac, prema kome se sonotroda, preko neke na nju delujuće sile, može pritisnuti.

Sila koja deluje na sonotrodu u pravcu oslonca može biti izazvana nekim elementom pritiska, kao na primer zavrtnjem, pri čemu elemenat pritiska može da polazi iz kućišta odnosno tela mašine uređaja za zavarivanje ultrazvukom.

Prema pronalasku oslanjanje sonotrode se odvija relativno jednostavnim konstruktivnim merama u oscilacionom čvoru sonotrode, znači u razmaku od λ/4 prema oblasti zavarivanja ili nekoj prema ovom u susedstvu prolazećoj oblasti. Susedno prolazeća oblast obuhvata razmak od λ/4 ± 10mm u odnosu na područje zavarivanja. Sonotroda ima dužinu N ·λ/2 sa N = pozitivni ceo broj.

Automatsko aksijalno podešavanje sonotrode sledi posebno kada ispust koji ima u preseku trapeznu geometriju zahvata u odgovarajuće geometrijski uskladjeno udubljenje sonotrode. Oslanjanjem površinom sledi istovremeno i radijalno podešavanje. Merama koje se odnose na ovo može sonotroda tako da se na jednostavan način uvede u prihvat i učvrsti, i potom bude uvedena u kućište uređaja za zavarivanje ultrazvukom, na primer preko spoja lastin rep, i poveže sa ovim kako je to poznato za postrojenja za tačkasto varenje. Utoliko se upućuje na jednu konstrukciju, koja može da se vidi u uređaju za zavarivanje ultrazvukom tipa DS20 II Schunk Sonosystem GmbH, Wettenberg, Bundesrepublik Deutschland. Izričito se upućuje na konstrukciju koja se odnosi na ovo.

Pronalazak se posebno odlikuje time što sonotroda ima dužinu λ, koja posmatrano u uzdužnom pravcu prolazi u srednjem području sonotrode područje zavarivanja, što prvo ležište prolazi prema jednoj strani područja zavarivanja, i drugo ležište, u razmaku od λ/4 prema drugoj strani područja zavarivanja, pri čemu je posebno drugo ležište plastično ležište. Pri tome sonotroda treba da bude oslonjena u drugom osloncu bez zazora i sa strane sonotrode da ima U-oblik sa bočnim stranama, čije je unutrašnje svetlo rastojanje sa strane otvora isto ili neznatno veće od širine poprečnog preseka sonotrode izmedju bočnih krakova. Time je konstruktivno jednostavnim merama moguće postavljanje sonotrode u drugo ležište i odstranjivanje iz ovog.

Pronalazak se odlikuje međutim i time što sonotroda može da bude povezana sa booster-om koji je u uzdužnom pravcu sonotrode u razmaku od 3/4 λ od područja zavarivanja ili onom području koje se sa ovim graniči, postavljena u treće ležište, kod koga se posebno radi o plastičnom lageru prvenstveno u obliku aksijalno pokretnog lagera. Pri tome treće ležište može da se sastoji iz dva dela ležišta, koji sa strane booster-a imaju svaki prihvat za booster u obliku polukruga.

Posebno je predviđeno da površina oslanjanja sonotrode na ispust u pravcu uzdužne ose sonotrode ima dužinu L od 1 mm ≤ L ≤ 10 mm i/ili širinu B od 5 mm ≤ B ≤ 60 mm. Širina prolazi vertikalno prema uzdužnoj osi sonotrode. Visina svakog poprečnog kraka vertikalno prema uzdužnoj osi sonotrode, znači dubina Tsispusta treba da iznosi 1mm ≤ Ts≤ 5 mm. Ugao α izmedju poprečnih krakova treba da iznosi 90° ≤ α ≤ 150°.

To pokazuje:

Slika 1 predstavljanje principa sklopa za zavarivanje metala

Slika 2 detalj uređaja za zavarivanje snopova žice

Slika 3 detalj i u preseku predstavljanje dela sonotrode sa slike 2

Slika 4 oscilator uređaja za tačkasto zavarivanje

Slika 5 bočni izgled oscilatora sa λ-sonotrodom

Slika 6 presek duž linije A-A sa slike 5

Slika 7 presek duž linije B-B sa slike 5

Slika 8 bočni izgled oscilatora sa λ-sonotrodom

Slika 9 presek duž linije A-A sa slike 8

Slika 10 presek duž linije B-B sa slike 8

Slika 11 bočni izgled oscilatora sa λ/2 sonotrodom i booster-om

Slika 12 presek duž linije A-A sa slike 11 i

Slika 13 presek duž linije C-C sa slike 11.

Na slikama na kojima može da se načelno koriste za iste elemente isti odnosni simboli, predstavljeni su različiti oblici izvođenja sonotroda, koje su prema pronalasku oslonjene u prvom osloncu. Ovim se na jednostavan način omogućava postavljanje odnosno pozicioniranje oscilatora koji obuhvata sonotrodu, bez potrebe komplikovanih mera podešavanja. Odgovarajući oscilatori se ugrađuju u uređaje za ultrazvučno zavarivanje da bi se zavarili metalni delovi, posebno da bi se zavarivali krajnji ili prolazni spojevi snopova žice, provodnici sa kontaktima ili električnim komponentama kao IGBT.

Na slici 1 predstavljen je čisto principijelno uređaj ta zavarivanje ultrazvukom kojim snopovi žice treba da se zavare u krajnji spoj. Postrojenje obuhvata uređaj za zavarivanje ultrazvukom ili -mašinu 10, koja uobičajeno ima konvertor 12, koji je u primeru izvođenja povezan sa oscilatorom koji se sastoji od booster-a 14 i sonotrode 16. Sonotroda 16 ima u svojoj glavi 18, koja prolazi mesto maksimalne amplitude, površinu zavarivanja, kojoj je dodeljena naspramna elektroda 20-takodje nazvana i nakovanj, kao i bočne jezičke 21, 23 koji ukupno okružuju prostor za sabijanje.

Konvertor 12 je povezan preko provodnika 22 sa generatorom 24, koji je sa svoje strane preko provodnika 26 priključen na računar 28, u koji su uneseni parametri zavarivanja odnosno poprečni preseci materijala snopastih žica koje treba da se zavare, odnosno sa koga mogu da se pozovu odgovarajuće memorisane vrednosti. Utoliko se međutim upućuje na dovoljno poznate uređaje za ultrazvučno zavarivanje iz stanja tehnike.

Da bi se izvodilo ponovljivo zavarivanje, neophodno je egzaktno aksijalno i radijalno postavljanje sonotrode. Postavljanje prolazi u oscilujućim čvorovima sonotrode, znači u rastojanju od λ/4 od površine zavarivanja, koja je dodeljena naspramnoj elektrodi a izmedju nje i naspramne elektrode se postavljaju materijali koji treba da se zavare. λ je talasna dužina kojom sonotroda osciluje pri pobudi ultrazvukom.

Rastojanje λ/4 uključuje jedno prema ovom susedno područje. Kod sonotroda sa dužinom λ rastojanje može da iznosi λ/4 ± 5 mm. Kod sonotroda dužine λ/2 rastojanje može da iznosi na primer λ/4 ± 10 mm.

Na slici 2 predstavljen je detalj uređaja za zavarivanje ultrazvukom 100 koji ima sonotrodu 116 dužine λ koja odgovara talasnoj dužini λ i postavljena je učvršćena u sklopu mašine 118, kako će to u sledećem biti objašnjeno. Sonotroda 116 ima u srednjem području površinu zavarivanja 120, koja ograničava sa donje strane prostor za sabijanje. Prostor za sabijanje se nadalje ograničava jednim vertikalno prema površini zavarivanja 120 protežućim jezičkom 122, jednim na suprotnoj strani ležećim vodjenjem 124, jednim paralelno prema površini zavarivanja 120 sonotrode 116 pomerljivim i u njenom pravcu preko vođenja 124 podesivim nakovnjem 126. Dalje se upućuje na dovoljno poznate konstrukcije, kako je ova takodje opisana u EP 566 233 A1, na čiju objavu se izričito odnosi.

Sonotroda 116 je povezana sa booster-om 128, koji odgovarajući slici 1 polazi od konvertora 12.

Postavljanje oscilatora koji se sastoji od sonotrode 116, i booster-a 128 i konvertora 12 se bliže objašnjava na osnovu slika 3 i 5 - 7.

Na slici 3 može da se vidi predstavljanje detalja sonotrode 116 u uzdužnom preseku, i to u području prvog oslonca 130, koje prolazi oscilacioni čvor sonotrode 116. Pri tome prvi oslonac 130 osigurava aksijalno i radijalno podešavanje sonotrode 116 u uređaju za zavarivanje ultrazvukom, to znači u korpusu mašine 118 i time pravilno podešavanje prema prostoru za sabijanje ograničenog jezičkom 122, vođenjem 124 i nakovnjem 126.

Kako iz predstavljanja sa slike 3 proističe, prva postavka 130 ima jedan ispust 132, u preseku trapeznog oblika, koji služi kao oslonac, koji obuhvata paralelno uzdužnoj osi sonotrode 116 prostiruću osnovnu površinu 134 i od nje polazeće poprečno prema uzdužnoj osi polazeće bočne površine ili bokove 136, 138 i zahvata u odgovarajuće udubljenje 140 sonotrode 116. Udubljenje 140 ima u preseku takodje trapeznu geometriju kako to pojašnjava udubljenje 142 koje leži dijametralno nasuprot udubljenju 140. Udubljenja 140, 142 postoje da bi sonotroda 116 mogla da se okreće oko svoje uzdužne ose, da bi prostoru za sabijanje pripala u željenom opsegu jedna od površina zavarivanja 120, 168, kako je to opisano i u EP 1 566 233 A1.

Udubljenje 140 se bliže objašnjava na osnovu udubljenja 142. Kako se iz predstavljanja u preseku može videti, udubljenje 142 ima osnovnu površinu 144 i od nje polazeće bočne površine ili bokove 146, 148. Rastojanje bokova 146, 148 je neznatno veće nego rastojanje bokova 136, 138 ispusta 132. Ako se sonotroda 116 postavi na oslonac 130, to osnovna površina 140 ispusta 132 leži površinom na osnovnoj površini 144 udubljenja 140. Tako se dešava radijalno podešavanje. Nadalje rastojanje bokova 146, 148 je neznatno veće od rastojanja bokova 136, 138, tako da najmanje jedan od bokova 146, 148 može da nalegne na jedan od bokova 136, 138 ispusta 132, pošto oni na crtežu levi bokovi 136, 146 i odgovarajuće takodje desni bokovi 138, 148 prolaze međusobno paralelno. Tako se sonotroda 116 podešava aksijalno.

Prvi oslonac 130 sa ispustom 132 je u primeru izvođenja poprečni krak oslonca 150 U-oblika kako proizilazi sa slika 6. 9 i 12. Iz ovog se takođe vidi da se sonotroda 116 pritiska na jedan od bokova a time i učvršćuje. U primeru izvođenja na slici 2 sonotroda 116 se pritiska na bočni krak 151 oslonca 150 u obliku slova U.

Elemenat za pritiskanje može na primer da bude zavrtanj i da polazi od osnovnog korpusa mašine 118. Odgovarajuće slici 2 elemenat za pritiskanje je elemenat sa navojem 152 koji prolazi kroz levi bočni krak 156 oslonca U-oblika 150 koji prolazi na rastojanju od sonotrode 116.

Rastojanje izmedju površine zavarivanja 120 i prvog oslonca 130 iznosi λ/4, pri čemu prvi oslonac 130 prolazi oscilacioni čvor sonotrode 116 a površina zavarivanja 120 mesto maksimalne amplitude.

Kako se iz uvećanog detalja sa slike 3 vidi, udubljenje 140 ima a sa njim i udubljenje 142 sledeća podesna dimenzionisanja. Osnovna površina 134, 144 ima dužinu L u uzdužnom pravcu sonotrode prvenstveno između 1 mm i 10 mm. Širina osnovne površine 134, 144 koja prolazi vertikalno prema uzdužnoj osi sonotrode treba da leži izmedju 5 mm i 60 mm. Dubina udubljenja 140, 142 vertikalno prema uzdužnom pravcu sonotrode treba da leži izmedju 1 mm i 5 mm. Unutrašnja strana svakog bočnog kraka ili boka 136, 138, 146, 148 treba da prema osnovnoj površini 134, 144 zaključi ugao α izmedju 90° i 150°.

Materijal prvog oslonca 130 - što se odnosi na druge u sledećem opisane prve oslonce 230, 330 - treba da se sastoji od čelika, livenog gvožđa kao sivi liv, liveno gvožđe sa zrnastim grafitom, bronze, vlaknima ojačane plastične mase, keramike, ugljeničnim vlaknima pojačanog ugljenika ili drugih podesnih materijala, pri čemu materijal treba da bude tako izabran da se u željenom obimu ostvari prigušivanje. Takođe mora da postoji visoka otpornost na habanje.

Sonotroda 116 je u odnosu na površinu zavarivanja 120 na suprotnoj strani prema prvom osloncu 130, oslonjena na drugi oslonac 158 koji je u preseku predstavljen na slici 7. Kod drugog oslonca 158 radi se o jednom plastičnom ležištu. Oslonac 160 ima oblogu od plastike 162, koja bez saglasno obliku prihvata sonotrodu 116. Obloga 162 ima U-geometriju sa bočnim kracima 164, 166 čije svetlo rastojanje je jednako ili neznatno veće od širine poprečnog preseka sonotrode 116, tako da se jednostavnim merama omogućava postavljanje odnosno uklanjanje sonotrode 116. Strelica F takođe naznačava da sonotroda 116 trpi u drugom osloncu 158 opterećenje silom. Ovo može da se ostvari jednom, iz tela mašine 118 polazećom, zakretnom polugom 166. Drugi oslonac 158 prolazi takodje na rastojanju od λ/ od površine zavarivanja 120. Odstupanje od do ± 10 mm, naročito do 5 mm je moguće.

Kako je iz predstavljanja na slici 5 vidljivo, polazi od srednjeg područja sonotrode 116, nalazeći se na suprotnoj strani prema površini zavarivanja 120, jedna druga površina zavarivanja 168. Da bi se ova koristila, sonotroda 116 mora da se obrne za 180°, tako da usled toga onda ono na slici nacrtano gornje udubljenje 144 zahvata na prethodno opisani način ispust 132 trapeznog oblika prvog oslonca 130.

Na slici 8 - 10 je takođe predstavljen jedan λ-oscilator koji ima sonotrodu 116 prethodno opisane konstrukcije i uležištenja. Sonotroda 116 polazi međutim neposredno iz konvertora 12. Prvo i drugo oslanjanje 130, 158 i sprega prema sonotrodi 116 napravljena je odgovarajuće prethodnom opisu.

Na slikama 4 i 11 -13 se može videti oscilator 200 koji ima sonotrodu 116 dužine λ/2 kao i booster 228. Sonotroda 216 poseduje na poznati način glavu sonotrode 218 sa, u primeru izvođenja, dve ravnomerno oko obima raspoređene površine zavarivanja 220, 224. Na rastojanju od λ/4 od površine zavarivanja 220, 224 odnosno čeone površine glave sonotrode 218, znači neposredno susedno prema površinama zavarivanja 220, 224 predviđen je oslonac 230, koji odgovara osloncu 130 tako da se upućuje na objašnjenja koja se odnose na ovo. Sonotroda 216 ima odgovarajuće geometriji ispusta 232 udubljenja 140, 144.

Booster 228 je dalje oslonjen u jednom ležištu koje je u sledećem označeno kao treći oslonac 258, koje je predstavljeno u preseku na slici 13. Treći oslonac 258 ima dva poluležaja 260, 262 koji svaki ima polukružna udubljenja 264, 266 koja su obložena jednim od plastične materije sastavljenim prstenom 268 koji okružuje booster 228. Kod trećeg oslonca 258 se sledstveno tome radi o plastičnom ležaju u obliku aksijalno pomičnog ležaja.

Ako je prema primeru izvođenja sa slike 11 delotvorna površina zavarivanja ona na slici gornja i obeležena odnosnim brojem 220, to je na slici 4 predstavljen oscilator 300 uredjaja za tačkasto zavarivanje, kod koga delotvorna površina zavarivanja prolazi po dnu. Odstupajuće od predstavljanja slike 11 - 13 je oscilator 300, što znači njegova sonotroda 316 u crtaćem predstavljanju oslonjena na gornju stranu, što znači da prvi oslonac 330 ne prolazi, odstupajuće od primera izvođenja slike 11-13, sa donje strane. Ono ležište koje služi kao prvi oslonac 330 ima oblik šipke i prolazi vertikalno prema uzdužnom pravcu uzdužne ose sonotrode. Sa strane sonotrode oslonac ima u preseku potrebnu trapeznu geometriju da bi zahvatio jedno geometrijski usklađeno udubljenje sonotrode 316, kako je to prema daljim primerima izvodjenja objašnjeno.

Oscilator 300 se odgovarajuće primeru izvodjenja slika 11 - 13 oslanja prema jednom preko prvog oslonca 330 i prema drugom preko drugog oslonca 358 u području booster-a 328. Drugi oslonac 358 odgovara osloncu 258 prema slici 13. Prvi i drugi oslonac 330, 358 su postavljeni u jedno kućište 360 u koje može da se umetne oscilator 300 da bi bio fiksiran na osloncima 330, 358.

Kućište 360 ima graničnik 362 koji čini lastin rep, koji može da se umetne u geometrijski usklađeni prihvat za lastin rep nekog kućišta uređaja za tačkasto zavarivanje. Time se konstruktivno jednostavnim sredstvima oscilator 300 može postaviti u postrojenje za tačkasto zavarivanje, pri čemu naknadno podešavanje oscilatora 300 nije potrebno, pošto je ovaj na osnovu pouke prema pronalasku podešen radijalno i aksijalno.

Odgovarajuće slikama 11 sonotroda 316 predstavljena na slici 4 je postavljena na rastojanju od λ/4 od površina zavarivanja 320, 324 i ima talasnu dužinu od λ/2, pri čemu je λ talasna dužina sonotrode 316. Booster 328 ima takođe dužinu od λ/2 i oslonjen je na razmaku od λ/2 od prvog oslonca 330 u drugom osloncu 358.

Claims (10)

Patentni zahtevi

1. Uređaj za zavarivanje ultrazvukom sa oscilatorom (100, 200, 300), koji obuhvata sonotrodu (116, 216, 316) koja može da se dovede do oscilovanja talasnom dužinom λ i ima najmanje jedno područje zavarivanja (120, 168, 220, 224, 320, 324) u zoni maksimalne amplitude sonotrode, pri čemu je sonotroda oslonjena u svom čvoru oscilacije u jednom prvom osloncu (130, 230, 330) koji ima ispust (132), koji u preseku ima geometriju U-oblika i prolazi uzdužnim pravcem sonotrode sa bočnim kracima (136, 138) i poprečnim krakom (140) koji ove povezuju, naznačen time, što ispust zahvata u jedno udubljenje (140, 144) uskladjeno geometriji U-oblika u sonotrodi (116, 216, 316), što je sonotroda površinom oslonjena na poprečni krak ispusta i što preko najmanje jednog bočnog kraka ispusta sledi aksijalno podešavanje sonotrode.

2. Uređaj za zavarivanje ultrazvukom prema zahtevu 1, naznačen time, što ispust (132) ima geometriju trapeza a posebno je u preseku simetrični trapez.

3. Uređaj za zavarivanje ultrazvukom prema zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što, pri u uređaju za zavarivanje ultrazvukom fiksiranoj sonotrodi (116, 216, 316), ova površinom naleže na bočne krake (136, 138) ispusta (132).

4. Uređaj za zavarivanje ultrazvukom prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što prvi oslonac (130, 230, 330) obuhvata jedan poprečno‚ prema uzdužnoj osi poprečnog kraka (140) ispusta (132) i uzdužnim pravcem sonotrode (116, 216, 316) prolazeći oslonac (150, 152), prema kome sonotroda može da se pritisne nekom na nju delujućom silom (F).

5. Uređaj za zavarivanje prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što je sonotroda 116 sonotroda dužine λ, koja u srednjem području prolazi najmanje jedno područje zavarivanja (120, 168) i što prvi oslonac (130) prema jednoj strani prostora za zavarivanje i drugi oslonac (158) prolaze na rastojanju λ/4 prema drugoj strani područja zavarivanja.

6. Uređaj za zavarivanje prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što je drugi oslonac (158) ležište od plastike.

7. Uređaj za zavarivanje prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što je sonotroda (116) oslonjena saglasno obliku u drugom osloncu (158) koje sa strane sonotrode ima U-oblik sa bočnim kracima (162, 164), čija je unutrašnja svetla mera ista ili neznatno veća od širine poprečnog preseka sonotrode između bočnih krakova.

8. Uređaj za zavarivanje prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što je sonotroda (116, 216) povezana sa booster-om (128, 228), koji je u uzdužnom pravcu sonotrode na razmaku od 3/4 λ od najmanje jednog područja zavarivanja (120, 168, 220, 224, 320, 324) postavljen u treći oslonac (258).

9. Uređaj za zavarivanje prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što je treći oslonac (258) naročito ležaj od plastike, prvenstveno u obliku aksijalno pokretnog ležaja.

10. Uređaj za zavarivanje prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što treći oslonac (258) obuhvata dva dela ležišta (260, 262), koji sa strane booster-a imaju svaki polukružni prihvat (260, 266), koji je obložen plastikom .