Brevet FR2440241A1 — publié le 19800530

La présente invention concerne un dispositif pour souder, à l'aide des ultra-sons, des feuilles d'un métal non ferreux, et notamment d'aluminium, enduites d'un matériau thermoplastique. Elle vise plus particulièrement, sans pour autant être limitée à cette application, le soudage de deux feuilles d'aluminium A 5, enduites de polyéthylène ou de polypropylène en vue de la confection de câbles électriques. Avant d'exposer les caractéristiques essentielles du dispositif objet de cette invention, on rappellera brièvement ltétat actuel de la technique, en ce qui concerne, d'une part, le soudage des métaux par ultra-sons, et, d'autre part, le soudage des matières plastiques, également par la technique ultrasonique. Au cours de cette description de l'état antérieur de l'art, on se réfèrera aux Figures 1 et 2 des dessins annexés, qui représentent, en élévation, de façon schématique, respectivement un système connu pour le soudage des métaux, et un système également connu pour le soudage des matières plastiques, On se réfère en premier lieu à la Figure 1. On sait qu'il est connu de souder par ultra-sons des métaux non ferreux, et particulièrement de l'aluminium, en utilisant une sonotrode 10, appliquée sur les deux métaux à assembler, et qui vibre parallèlement au plan d'ass emblage en produisant un certain grippage des deux ééléments métalliques superposés. Ces deux éléments, qui se présentent sous la forme de deux feuilles 12 et 14, sont disposés sur une enclume 16. La sonotrode 10, vibrant parallèlement au plan d'assemblage des deux feuilles 12 et 14, est appliquée, avec une certaine pression P,sur les deux feuilles, cette sonotrode étant en demi-longueur d'onde. La partie supérieure 12 de l'assemblage est entraidée par le mouvement de la sonotrode 10, alors que la partie inférieure 14 est maintenue immobile par l'enclume 16, qui est pourvue, à cet effet, d'un relief approprié. Le frottement relatif des deux feuilles superposées, au niveau du point de contact, produit un grippage qui entraxe la soudure de ces deux feuilles. On se réfère maintenant à la Figure 2, qui illustre la technique du soudage par ultra-sons des matières plastiques. Il est bien connu qu'une sonotrode 18 vibrant perpendiculairement au plan d'assemblage de deux feuilles de matière plastique 20, 22, produit une' soudure, par dissipation en chaleur de l'énergie vibratoire. Les deux feuilles en matière thermoplastique 20, 22, sont disposées sur une enclume massive 24. La sonotrode 18 est en demi-longueur d'onde, et elle vibre perpendiculairement au plan d'assemblage des deux feuilles 20, 22, étant appliquée avec une certaine pression P sur l'ensemble de ces deux feuilles à assembler. La dégradation de l'énergie vibratoire en chaleur, au niveau du contact de la sonotrode, permet d'obtenir l'assemblage par soudure de ces deux feuilles thermoplastiques. La présente invention se propose, en partant de cet état de la technique, d'apporter un dispositif assurant le soudage de feuilles métalliques enduites de matière thermoplastique, notamment de feuillards métalliques enduits de plastique. A cet effet, l'invention vise un dispositif de soudage par ultra-sons qui comporte une sonotrode excitée par un émetteur et un booster du type utilisé sur les machines classiques à souder par ultra-sons, ainsi qu'une enclume sur laquelle sont positionnées les feuilles à souder, ce dispositif étant e8sentielle- ment caractérisé en ce que ladite sonotrode est constituée d'une pluralité d'éléments en demi-longueur d'onde définissant des zones de soudure métal sur métal, avec des zones de soudure des revetements plastiques. Selon une caractéristique de cette invention, la sonotrode comporte, sur toute sa longueur, un moletage permettant d'entraîner la partie supérieure de l'assemblage constitué par les deux feuilles superposées à souder, et l'enclume comporte également un moletage approprié pour retenir la partie inférieure de cet assemblage. Selon une autre caractéristique de cette invention, la sonotrode comporte, au voisinage des zones d'amplitude, un moletage permettant de réaliser la soudure, et, dans les zones nodales, elle comporte des parties permettant de la fixer à l'aide d'un support. Selon une autre caractéristique de cette invention, le moletage de la sonotrode et celui de l'enclume sont constitués de deux dentures de profondeurs différentes, afin de permettre simultanément la soudure métal sur métal, à travers la matière plastique, et la soudure plastique sur plastique, sans passer au travers. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, qui, en référence aux dessins annexés, en illustre divers exemples de réalisation non limitatifs. Sur les dessins - la Figure 3 est une vue schématique, en élévation, d'un exemple de dispositif réalisé selon l'invention - la Figure 4 illustre une variante de sonotrode pour un dispositif de soudure selon l'invention ; et, - la Figure 5 représente une sonotrode du type pelle, pouvant entre utilisée dans un dispositif selon l'invention. On se réfère en premier lieu à la Figure 3, qui représente un exemple de réalisation d'un dispositif de soudage par ultra-sons selon l'invention, permettant de souder deux feuilles d'aluminium A 5, enduites de polyéthylène ou de polypropylène, pour la confection de gaines de câbles électriques. Selon cette invention, deux feuilles d'aluminium 28, 30, enduites de matière plastique, sont disposées l'une sur l'autre sur une enclume rigide 26. Une sonotrode, désignée dans son ensemble par la référence 32, en plusieurs demi-longueurs d'onde, est appliquée avec une certaine pression P, sur l'ensemble constitué par les deux feuilles d'aluminium enduites 28, 30, que l'on veut souder l'une à l'autre. Cette sonotrode 32 est excitée par un émetteur 34 et un booster 36, de type classique, couramment utilisés sur les machines connues de soudage par ultra-sons. Etant donné que la sonotrode 32 est constituée d'une pluralité de demilongueurs d'onde, elle est le siège successif de ventres d'amplitude A et de noeuds d'amplitude N, distants les uns des autres d'un quart de l'ongueur d'onde X/4. Or, on sait que chaque noeud d'amplitude N est également un ventre de dilatation radiale (effet de compression - extension). La sonotrode 32 est munie, sur toute sa longueur, d'un moletage 38, ou de tout autre relief convenable, qui permet d'entraîner la feuille supérieure 28 de l'assemblage, l'enclume 26 comportant elle aussi un moletage ou un relief approprié permettant de retenir la feuille inférieure 30. Au niveau des ventres d'amplitude A, la vibration VL , parallèle au plan d'assemblage, permet de réaliser la soudure métal sur métal à travers le revetement de matière plastique, en chassant ce dernier par les effets conjugués de la pression et des vibrations. Au niveau des noeuds d'amplitude N, l'effet de compression-dilatation soumet la sonotrode à une vibration V radiale et perpendiculaire au plan r d'assemblage . L'effet de cette vibration ne peut, en aucun cas, produire le soudage des métaux, mais, par contre, il provoque la soudure des revêtements des matériaux thermoplastiques exactement dans les mêmes conditions que dans le cas d'un soudage classique des matières thermoplastiques par ultrasons. De la description qui précède, on retiendra que la caractéristique essentielle de ce dispositif réside dans le fait de prévoir une sonotrode 32 en plusieurs demi-longueurs d'onde > /2, définissant des zones de soudure métal sur métal alternées avec des zones de soudure matière plastique sur matière plastique. Selon l'invention, la sonotrode 32 peut être excitée comme représenté sur la Figure 3, par un seul émetteur 34 et un booster 36, situés à l'une de ses extrémités, ou par deux émetteurs et deux boosters, situés chacun à chacune de ses extrémités. On se réfère maintenant à la Figure 4, qui illustre une variante du dispositif de l'invention. Dans cette variante, on utilise une sonotrode, désignée dans son ensemble par la référence 40, en plusieurs demi-longueurs d'onde, qui comporte - au voisinage des zones d'amplitude A, un moletage 42 ou tout relief appro prié permettant de réaliser la soudure - dans les zones nodales N, des parties 44 permettant de la fixer sur un sup port 48. Comme dans l'exemple de réalisation précédemment décrit, les deux feuillards d'aluminium 28, 30 à assembler sont pincés entre la sonotrode 40 et une enclume massive 50. On obtient une soudure discontinue, les zones de soudage étant espacées par les parties 44 de la sonotrode. Les avantages de cet exemple de réalisation, dont le fonctionnement est identique, par ailleurs, à celui du mode de réalisation représente #Di~ la Figure 3, sont les suivants - meilleure répartition de la pression, étant donné que la sonotrode est sup portée en plusieurs endroits (44), correspondant aux zones nodales - possibilité de fixer la sonotrode sur un support inférieur, une pièce massive mobile pouvant jouer le rale d'enclume - possibilité de fixer deux boosters et deux émetteurs en opposition à chacune des extrémités de la sonotrode. On notera que les deux exemples de réalisation de l'invention qui viennent d'être décrits peuvent être utilisés de façon à réaliser la soudure en continu, à condition de faire tourner les sonotrodes autour de leur axe. Dans ce cas, il suffira de prévoir une enclume massive également cylindrique, et animée d'un mouvement de rotation autour de son axe. Le dispositif pourrait alors être utilisé pour réaliser en continu plusieurs soudures parallèles les unes aux autres. Dans la variante représentée à la Figure 5, le dispositif fonctionne de la même façon que les dispositifs décrits en regard des Figures 3 et 4, mais il utilise une sonotrode 52 du type pelle, vibrant parallèlement au plan de l'assemblage des deux feuilles métalliques 28, 30 enduites de matière thermoplastique. En effet, il est connu que le soudage des matières plastiques s'effectue par application d'une sonotrode vibrant perpendiculairement aux surfaces à souder, mais la Demanderesse a constaté, au cours de ses essais, qu'une vibration horizontale pouvait, dans certaines conditions, engendrer la soudure de matières plastiques telles que polyoléfines (polypropylène, polyéthylène). Dans cette variante, la sonotrode 52 vibre horizontalement sur l'ensemble constitué par les deux feuilles à assembler 28, 30 et l'enclume 54. Cette sonotrode et l'enclume comportent des parties en relief, par exemple des moletages, pour, d'une part, entraîner la partie supérieure 28 de l'assemblage, et, d'autre part, retenir la partie inférieure 30 de cet assemblage. Le moletage 56 de la sonotrode 52 est constitué de deux dentures de profondeurs différentes, afin de permettre simultanément la soudure métal sur métal à travers la matière plastique, et la soudure plastique sur plastique sans passer au travers. Le moletage 58 de l'enclume 54 présente les mêmes caractéristiques. Dans la description qui précède, l'invention a été appliquée à une machine dite "à souder des gaines de cabales". Bien entendu, cette invention n'est pas limitée à cette application, et elle peut s'appliquer à d'autres techniques, la nature des métaux~ou des plastiques pouvant être différente de celle décrite ci-dessus. De même, cette invention n'est pas limitée aux exemples de réaligation décrits et représentés ici, mais elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour le soudage par ultra-sons de feuilles métalliques, notamment de feuillards en aluminium, enduites de matière plastique, qui comporte une sonotrode excitée par un émetteur et un booster du type utilisé sur les machines classiques à soudage par ultra-sons, ainsi qu'une enclume sur laquelle sont positionnées les feuilles à souder, ce dispositif étantcaractérisé en ce que ladite sonotrode est constituée d'une pluralité d'éléments en demi-longueur d'onde assemblés de façon que la sonotrode soit le siège, au niveau des ventres d'amplitude, d'une vibration parallèle au plan d'assemblage des feuilles à souder permettant une soudure métal sur métal à travers le revetement de matière plastique, et qu'elle soit le siège, au niveau des noeuds d'amplitude, d'une vibration radiale perpendiculaire au plan d'assemblage, permettant la soudure des revêtements thermo-plastiques. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonotrode comporte, sur toute sa longueur, un moletage permettant d'entrailfier la partie supérieure de l'assemblage constitué par les deux feuilles superposées à souder, et en ce que l'enclume comporte également un moletage approprié pour retenir la partie inférieure de cet assemblage. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la sonotrode comporte, au voisinage des zones d'amplitude, un moletage permettant de réaliser la soudure, et, dans les zones nodales, des parties permettant la fixation de la sonotrode sur un support. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications la à 3, caractérisé en ce que la sonotrode peut entre excitée soit par un seul émetteur et un seul booster, situés à l'une de ses extrémités, soit par deux émetteurs et deux boosters, situés chacun à chacune des extrémités de la sonotrode. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonotrode peut entre animée d'un mouvement de rotation autour de son axe. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enclume est animée d'un mouvement de rotation autour de son axe. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonotrode est du type pelle, vibrant parallèlement au plan de l'assemblage des deux feuilles à souder. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moletage de la sonotrode et celui de l'enclume sont constitués de deux dentures de profondeurs différentes, pour permettre simultanément de réaliser la soudure métal sur métal à travers la matière plastique et la soudure matière plastique sur matière plastique sans passer au travers.