Brevet FR2454351A1 — publié le 19801114

Cette invention est relative à un émetteur de machine à souder par ultra-sons conçu et réalisé de façon à transmettre des puissances pouvant aller jusqu'à 4000 watts. Avant de décrire l'émetteur selon l'invention on rappellera, en référence aux figures 1 à 3 des dessins annexés, l'état actuel de la technique en ce domaine. La figure 1 représente de façon schématique un émetteur connu du type à deux disques. Un tel émetteur comprend un "sandwich" de deux disques 10, 10', en céramiques piezoélectriques, maintenus précontraints entre deux masses métalliques 12, 12', par l'intermédiaire d'une vis 14, isolée des disques par une bague isolante 16 La précontrainte des disques en céramiques piezoélectriques est telle que l'émetteur peut vibrer avec une forte amplitude sans risque de destruction des céramiques. L'émetteur ainsi réalisé est taillé en demi-longueur d'onde. Les fréquences utilisées sont généralement de l'ordre de 20 KHz. Chaque extrémité de l'émetteur est le siège d'un ventre d'amplitude A, les disques de céramiques étant situés au voisinage du noeud de vibration N Ce type d'émetteur a été utilisé pendant de nombreuses années pour des puissances pouvant aller jusqu'à 2000 watts. Pour pouvoir transmettre des puissances supérieures à 2000 watts, il est nécessaire de mettre en oeuvre des émetteurs à plusieurs disques dont un exemple de réalisation a été représenté schématiquement à la figure 2. Dans un émetteur multi-disques de ce type, on reproduit la technique des émetteurs à deux disques décrite ci-dessus en regard de la figure 1, en insérant dans le sandwich quatre ou six disques de céramiques piezoélectriques, tels que 18, 18' 20, 20'. Les résultats ainsi obtenus ont été plus ou moins mauvais, car les disques extrêmes 18', 20' du sandwich sont situés dans des zones lointaines du noeud d'amplitude et leur mouvement induit de très fortes pertes mécaniques lors de la mise en vibration de l'émetteur. Il en découle un échauffement intempestif et une faible transmission de puissance. Selon une variante de ce type d'émetteur multi-disques, décrite notamment dans le brevet américain n0 3 524 085, on place une série de disques piezoélectriques 22 en dehors du noeud de vibration et on fait fonctionner l'émetteur à l'anti-résonance. Cette technologie a donné de très bons résultats mais elle présente cependant deux inconvénients essentiels 1) la fréquence de résonance est très proche de l'antirésonance et si par accident, l'opérateur accorde le générateur sur cette fréquence de résonance, l'émetteur explose littéralement; 2) la plage de réglage des sonotrodes est très faible : de l'ordre d'une centaine d'Hertz, ce qui exige de l'opérateur de n'utiliser que les sonotrodes exactement centrées en fréquence sur la fréquence de l'antirésonance de 11 émetteur. Cette invention se propose d'apporter un nouveau type d'émetteur, ne présentant pas les inconvénients des émetteurs de la technique antérieure décrit ci-dessus et permettant de transmettre des puissances pouvant aller jusqu'à 4000 watts. En conséquence l'invention concerne un émetteur de machine à souder par ultra-sons caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins deux émetteurs élémentaires du type à deux disques décrits ci-dessus en référence à la figure 1, en demi-longueur d'onde, couplés l'un sur l'autre au niveau des ventres d'amplitudes de façon à former une longueur d'onde, les polarités des disques d'un émetteur étant inversées par rapport à l'autre. Selon une caractéristique de cette invention, la pièce centrale de l'émetteur, c'est-à-dire la demi-longueur d'onde intermédiaire peut être taillée d'une seule pièce. De même on peut selon l'invention, utiliser deux émetteurs normaux, tels que décrits ci-dessus en regard de la figure 1, séparés l'un de l'autre par un barreau métallique en demi-longueur d'onde. D'autre caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés sur lesquels - les figures 1 à 3 illustrent l'état actuel de la technique décrit plus haut - la figure 4 est une vue en élévation et coupe partielle d'un émetteur selon la présente invention - la figure 5 est une vue en élévation d'une première variante de réalisation d'un émetteur selon l'invention et, - la figure 6 est une vue en élévation d'une seconde variante de l'émetteur selon l'invention. On se réfère en premier lieu à la figure 4. Cet émetteur est composé de deux émetteurs élémentaires El, E2, en demi-longueur d'onde, du type décrit ci-dessus en regard de la figure 1, couplés l'un sur l'autre, par exemple par une vis 24, au niveau des ventres d'amplitude, de façon à former une longueur d'onde pour la fréquence d'utilisation considérée (en général de l'ordre de 20 KHz). Selon une caractéristique de cette invention, le couple de disques 26, 28 de céramiques piezoélectriques de l'émetteur El a été disposé de façon que les polarités + soient connectées à l'électrode d'entrée ; cet émetteur El sera appelé ci-après émetteur élémentaire (- e -). Le couple de disques 30, 32 de cé- ramiques piezoélectrique de l'émetteur E2 a été disposé de façon que les polarités-soient connectées à l'électrode d'entrée ; cet émetteur E2 sera appelé ci-après émetteur élémentaire (+ L'émetteur ainsi réalisé est connecté à un générateur haute fréquence qui produit la puissance nécessaire pour le mettre en vibration. Pour une impulsion électrique donnée par le générateur, l'émetteur (- + -) produit une onde de pression alors que simultanément l'émetteur (+ --+) produit une onde de dépression.Le régime d'oscillation étant établi, l'émetteur se comporte comme une demionde, c'est-à-dire que pendant que l'émetteur élémentaire (- + -) sera en extension, l'émetteur élémentaire (+ - +) sera en compression et vice-versa. il ressort de la description ci-dessus que chaque émetteur élémentaire constituant l'émetteur selon l'invention, se comporte comme un émetteur classique du type décrit en regard de la figure 1, avec tous les avantages connus qu'il apporte. En outre, lte- metteur selon l'invention présentant une impédance deux fois plus faible qu'un émetteur du type de la figure 1, peut transmettre deux fois plus de puissance. Dans la variante représentés à la figure 5, on a réalisé un émetteur multi-disques, chaque émetteur élémentaire#E'1, E:'2 comportant quatre disques, les polarités des disques étant inversées de façon à obtenir un fonctionnement "push pull". La variante représentée à la figure 6 se réfère à un émetteur du type décrit ci-dessus en regard de la figure 4, mais profilé afin d'obtenir un effet d'amplitude. Selon l'invention, la pièce centrale de l'émetteur, c'est à dire la demi-longueur intermédiaire peut être taillée d'une seule pièce. Selon une autre caractéristique de cette invention, pour éviter l'inversion de polarités des disques de chaque émetteur élémentaire, on peut utiliser deux émetteurs normaux tels que représentés à la figure 1, séparés l'un de l'autre par un barreau métallique en demi-longueur d'onde. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés mais qu'elle en englobe toutes les variantes. C'est ainsi notamment que le nombre des émetteurs élémentaires n'est pas limité à deux, on peut en effet réaliser un émetteur comportant une pluralité d'émetteurs élémentaires en demi-longueur d'onde. REVENDICATIONS 1.- Emetteur de machine à souder par ultra-sons, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins deux émetteurs élémentaires (El, E2) du type comportant chacun au moins deux disques piezoélectriques maintenus en précontrainte entre deux masses métalliques, en demi-longueur d'onde, couplés l'un sur l'autre au niveau des ventres d'amplitude de façon à former une longueur d'onde. 2.- Emetteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les polarités des disques d'un émetteur sont inversées par rapport à l'autre pour obtenir un fonctionnement "push-pull". 3.- Émetteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce centrale, c'est-à-dire la demi-longueur d'onde intermédiaire est taillée d'une seule pièce. 4.- Emetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise deux émetteurs élémentaires séparés entre eux par un barreau métallique en demi longueur d'onde. 5.- tmetteur selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'il est profilé pour obtenir un effet d'amplitude. 6.- Emetteur selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité d'émetteur élémentaires en demi-longueur d'onde.