Brevet FR2541159A1 — publié le 19840824

La présente invention est relative aux outils de soudure par ultra- sons, et elle vise plus particulièrement des perfectionnements apportés aux sonotrodes dites composées. Ces sonotrodes composées ont été décrites, en particulier, dans les brevets américain RE no 28 642, de la Société Dukane Corporation, et français N O 73 12 673, dont est titulaire la présente demanderesse Sur la Figure 1 des dessins annexés, on a représenté un exemple de réalisation d'une sono- trode composée appartenant à l'état de la technique. Cette sonotrode composée comporte essentiellement: un bloc por- teur 10, accordé en demi-longueur d'onde à la fréquence nominale de l'émet- teur 12 de la machine ultra-sons (les fréquences généralement choisies étant de l'ordre de 20 à 40 Hz); une pluralité de sonotrodes, ou concentrateurs 14, taillés en demi-longueur d'onde à la même fréquence que le bloc 10, et des goujons 16, assurant la fixation des concentrateurs 14 au bloc porteur 10. L'ensemble ainsi réalisé constitue un système en deux demi longueurs d'onde Sur la Figure 1, les ventres d'amplitude ont été désignés par la ré- férence V, et les noeuds d'amplitude ou ventres de contrainte ont été désignés par la référence N Un tel système connu de sonotrodes composées permet, notamment, de concentrer l'énergie sur la zone active des sonotrodes 14, ré- partie suivant les zones de soudage à réaliser sur la pièce à assembler. Un tel système connu présente l'inconvénient de pouvoir être seule- ment appliqué dans le cas o il est possible de visser les sonotrodes, ou concentrateurs 14, sur le bloc porteur 10, par l'intermédiaire de goujons 16, ce qui rend impossible la réalisation d'une sonotrode composée comportant deux blocs rectangulaires adjacents, montés sur le même bloc ou adaptateur , étant donné qu'il est impossible de visser les deux blocs rectangulaires pour les fixer sur un adaptateur 10. Pour pallier les inconvénients de cette solution connue, on a envisagé de réaliser des sonotrodes composées comportant des concentrateurs de forme rectangulaire, montés les uns à coté des autres Cette solution, faisant égale- ment partie de la technique antérieure, a été représentée sur les Figures 2 et 3 des dessins annexés. On voit qu'une sonotrode composée de ce type comprend: un bloc support 18 taillé en demi-longueur d'onde; au moins deux concentrateurs 20, 20 ' en forme de blocs rectangulaires, situés côte à côte, dans une position 2 2541159 qui interdit toute rotation autour des moyens de fixation, et des goujons de fixation 22, 22 ' Comme on peut le voir sur la Figure 3, chaque goujon de fixation 22 (ou 22 ') comprend: d'un côté, un filetage à droite 24, de l'autre côté, un filetage à gauche 26, et une partie intermédiaire 28 de forme hexa- gonale, permettant le serrage des blocs concentrateurs 20, 20 ' sur le bloc porteur 18. Grâce à cette solution, il est effectivement possible de faire vibrer plusieurs blocs concentrateurs, tels que 20, 20 ', sur le même bloc adapta- teur 18, à condition toutefois que les goujons de fixation 22, 22 ' ne perturbent pas le régime vibratoire de la sonotrode combinée ainsi réalisée Or, l'ex- périence montre que le poids des goujons de fixation, tels que 22, 22 ', in- troduit des perturbations dans le régime vibratoire de ces sonotrodes com- posées, et que ces goujons sont inévitablement soumis à des ruptures, après un certain temps de fonctionnement Cet inconvénient, prévisible, est dû au fait que chaque goujon de fixation constitue une masse importante, non accor- dée, qui est soumise à une vibration intense, puisqu'elle est située dans une zone d'amplitude maximale, cette masse ne pouvant en aucun cas entrer en résonance avec le système vibratoire qui constitue la sonotrode composée. Cette technique connue ne permet donc pas de réaliser des sonotrodes composées pouvant travailler selon le régime théorique des demi-longueurs d'onde, étant donné que la présence de la masse importante que constitue un goujon de fixation, au ventre d'amplitude V du système résonant, perturbe gravement le régime de résonance et introduit des contraintes secondaires au niveau de la fixation de ces goujons, à l'endroit o, précisément, doit se situer le minimum de contraintes. La présente invention sepropose de créer une sonotrode composée ne comportant pas les inconvénients des solutions antérieures décrites ci- dessus. A cet effet, cette invention a pour objet une sonotrode composée du type comportant un bloc adaptateur monté sur l'émetteur de la machine à ultra-sons, caractérisée en ce que les sonotrodes sont fixées sur ledit bloc par l'intermédiaire de goujons accordés à la fréquence de résonance de l'en- semble, de manière à ne pas perturber le régime vibratoire de ladite sono- trode composée. 3 2541159 Selon un premier exemple de réalisationde l'invention, la sonotrode composée comprend un bloc adaptateur, taillé en demi-longueur d'onde, deux ou plusieurs concentrateurs en forme de blocs rectangulaires taillés en demi- longueur d'onde, et des goujons de fixation, taillés en demi-longueur d'onde, assurant la solidarisation des blocs concentrateurs et du bloc adaptateur. Selon un second exemple de réalisation de l'invention, la sonotrode composée est constituée par un bloc adaptateur comportant des logements dans lesquels sont fixés des concentrateurs, taillés en demilongueur d'onde, au niveau du ventre d'amplitude Dans cette variante, les goujons accordés sont donc utilisés comme concentrateurs, c'est-à-dire comme sonotrodes secondaires. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, qui en il- lustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif Sur les dessins la Figure 1 est une vue en élévation latérale et en coupe verticale, avec arrachement partiel, du premier exemple de réalisation d'une sonotrode composée selon la technique connue décrite ci- dessus; la Figure 2 est une vue schématique, en élévation latérale, du second exemple de réalisation-d'une sonotrode composée selon l'état antérieur de la technique décrit ci-dessus la Figure 3 est une vue, à une plus grande échelle, représentant la vis de fixation utilisée dans la sonotrode de la Figure 2; la Figure 4 est une vue schématique, en élévation latérale, d'un premier exemple de réalisation d'une sonotrode selon l'invention; et, la Figure 5 est une vue, également schématique, en élévation laté- rale, d'un second exemple de réalisation d'une sonotrode selon l'invention. On se réfère en premier lieu à la Figure 4. Dans ce mode de réalisation d'une sonotrode composée selon l'inven- tion, on retrouve le bloc porteur 30, taillé en demi-longueur d'onde et monté sur l'émetteur 12 de la machine à ultra-sons, et les sonotrodes 32, 32 ', réali- sées sous la forme de blocs rectangulaires taillés en demi-longueur d'onde et plac-és les uns à côté des autres Selon l'invention, ces blocs sonotrodes ou concentrateurs 32, 321 sont fixés sur le bloc porteur 30 par l'intermédiaire de goujons 36, 36 ', accordés à la fréquence de résonance de l'ensemble. 4 2541159 Comme on peut le voir sur la Figure 4, chacun de ces goujons accordés (qui remplacent donc les goujons de fixation 22, 22 ' de la solution antérieure, il- lustrée par les Figures 2 et 3), comporte un corps taillé en demilongueur d'onde, dont l'une des extrémités présente une partie filetée 36, 36 ', respec- tivement, permettant la fixation des blocs sonotrodes secondaires ou concen- trateurs 32, 32 ', respectivement Dans le bloc porteur 30, on a foré des alé- sages, tels que 39, 39 ', parallèles à l'axe du bloc 30, et qui comportent cha- cun une portée 41, 411, respectivement, située au voisinage du ventre d'ampli- tude V du bloc, afin de permettre la fixation, par vissage, des blocs concen- trateurs 32, 32 ' sur le bloc porteur 30 Le serrage peut être réalisé par l'in- termédiaire d'un trou de serrage 38, 38 ', respectivement, ou de toute autre solution équivalente. Dans cette sonotrode combinée, des tiges ou goujons de fixation 34, 34 ', accordés à la fréquence de résonance de l'ensemble, sont taillés en demi- longueur d'onde, et ils comportent un ventre d'amplitude V à chaque extré- mité et un noeud de vibration N, situé sensiblement au milieu A ce noeud de vibration N correspond un ventre de contrainte. On remarquera que tous les éléments constituant la sonotrode com- binée objet de cette invention (bloc support 30, goujons de fixation 34, 34 ', et blocs concentrateurs 32, 32 ') sont taillés en demi-longueur d'onde Les seuls ventres de contrainte qui se manifestent sont situés sensiblement au milieu de chaque élément On a ainsi réalisé un ensemble parfaitement accordé, et il n'existe plus de contraintes secondaires au niveau de la fixation, c'est-à- dire au niveau de la partie filetée 36, 36 ', respectivement, des goujons de fixation 34 et 34 ' Grâce à l'invention, les ventres de contrainte secondaire, qui, dans la solution antérieurement connue représentée sur la Figure 2, étaient présents au niveau du ventre d'amplitude séparant les blocs 18 et 20, ', ont été déplacés dans la zone médiane des goujons de fixation 34, 34 ', c'est-à-dire en un emplacement o ils doivent exister normalement On réa- lise donc, selon l'invention, un système de fixation des sonotrodes secon- daires 32, 32 ' qui ne perturbe pas le régime vibratoire des sonotrodes composées, la caractéristique essentielle de cette invention consistant à remplacer les goujons inertes, jouant un rôle purement mécanique, des solu- tions selon la technique antérieure, par des goujons accordés à la fréquence de résonance de l'ensemble de la sonotrode composée. 2541159 Le mode de réalisation décrit ci-dessus permet de réaliser des sonotrodes composées dont la longueur totale est égale à deux demi-longueurs dtonde, soit environ 240 mm, si l'on considère une sonotrode composée en duraluminium vibrant à une fréquence de 20 k Hz. La variante de l'invention représentée sur la Figure 5 permet de réaliser une sonotrode composée dont la longueur n'excède guère la demi- longueur d'onde, dans le matériau considéré. Sur la Figure 5, on voit que la sonotrode composée comporte un bloc porteur 40, de forme rectangulaire, monté sur l'émetteur 12, et corm- portant des logements tels que 42, 42 ', conçus de façon à recevoir des sono- trodes ou concentrateurs 46, 46 ', au niveau du ventre primaire d'amplitude. Chaque concentrateur 46, 46 ' comporte un corps taillé en demi- longueur d'onde et une extrémité filetée 44, 44 ', respectivement, assurant la fixation dans le bloc porteur 40. Dans cette variante, les goujons accordés sont utilisés comme con- centrateurs, avec l'avantage selon lequel la surface active des concentrateurs 46, 46 ' ne dépasse que de quelquesmillimètres du bloc porteur 40. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 6 2541159 REVENDICATIONS 1 Sonotrode composée pour outil de soudure par ultra-sons, du type comportant un bloc porteur ou adaptateur, monté sur la machine à ultra- sons, et des sonotrodes secondaires ou concentrateurs fixées sur ledit bloc porteur, caractérisée en ce que lesdites sonotrodes secondaires ( 32, 32 ') sont fixées sur ledit bloc adaptateur ( 30) par l'intermédiaire de goujons ( 34, 34 ') accordés à la fréquence de résonance de l'ensemble, afin de ne pas perturber le régime vibratoire de la sonotrode composée. 2 Sonotrode composée selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite sonotrode composée comprend un bloc adaptateur ( 30), taillé en demi-longueur d'onde, deux ou plusieurs concentrateurs ( 32, 32 '), taillés en demi-longueur d'onde, et des goujons de fixation ( 34, 34 ') taillés en demi- longueur d'onde, assurant la solidarisation des blocs concentrateurs et du bloc adaptateur. 3 Sonotrode composée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chacun des goujons de fixation ( 34, 34 ') comporte un corps taillé en demi-longueur d'onde, comportant un filetage à l'unede ses extrémités ( 36, 36 ') pour la fixation des blocs concentrateurs ( 32, 32 '). 4 Sonotrode composée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit bloc porteur ou adaptateur ( 30) est percé de logements ( 39, 39 ') parallèles à son axe, chaque logement étant pour- vu d'une portée ( 41, 41 ') située au voisinage du ventre d'amplitude du bloc por- teur, afin d'assurer la fixation, par vissage, des blocs concentrateurs ( 32, 32 ') sur ledit bloc adaptateur. Sonotrode composée selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits goujons, accordés à la fréquence de résonance de l'ensemble, sont utilisés comme concentrateurs ( 46, 46 '). 6 Sonotrode composée selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un bloc adaptateur ( 40) monté sur la machine à ultra-sons, qui comprend des logements ( 42, 42 ') dans lesquels sont montés les goujons accordés ( 46, 46 '), utilisés comme concentrateurs. 7 Sonotrode composée selon l'une des revendications 5 ou 6, carac- térisée en ce que chaque goujon-concentrateur ( 46, 46 ') comprend un corps taillé en demi-longueur d'onde et un filetage de fixation ( 44, 44 ').