Brevet FR2688165A1 — publié le 19930910

"Procédé d'assemblage de pièces en matière plastique par soudure ultrasonique, et son application aux vannes électromagnétiques" L'invention concerne un procédé d'assemblage par soudure aux ultrasons de pièces en matière plastique et, plus particulièrement, de pièces en matière plastique soudable appartenant à des produits industriels qui comportent des éléments internes sensibles aux vibrations. Une application particulière de ce procédé est10 l'assemblage de vannes électromagnétiques. La soudure ultrasonique utilisée pour l'assemblage de pièces en matière plastique génère, à l'intérieur des produits assemblés par ce procédé, des vibrations "haute fréquence" qui sont transmises aux éléments internes et15 créent des contraintes importantes, indésirables et souvent destructrices. Les vues en coupe des figures 1 à 3 du dessin schématique annexé illustrent le procédé conventionnel d'assemblage par soudure ultrasonique, dans le cas de son application à une vanne électromagnétique Comme le montre la figure 1, la vanne électromagnétique comprend un guide tubulaire 1 en matière plastique, d'axe désigné par A, pour le guidage du noyau magnétique mobile 2, et le logement d'un ressort de rappel 3, la bobine électromagnétique (non représentée) étant montée autour du guide de noyau 1 Ce guide 1 comporte à une extrémité une partie élargie en forme de disque 4, à la périphérie de laquelle est fixée une membrane annulaire 5 déplacée par le noyau mobile 2 Un insert de pilotage 6 est retenu sur30 la région centrale de la membrane 5 Par ailleurs, la vanne électromagnétique comprend un corps 7 en matière plastique, pourvu intérieurement dans sa région centrale de moyens de guidage 8 pour l'insert de pilotage -6. L'opération d'assemblage à réaliser consiste à réunir35 coaxialement et de façon étanche le bord circulaire du corps 7 avec la périphérie de la partie en forme de disque 4, cet assemblage emprisonnant le bord de la membrane 5. De manière traditionnelle, l'opération d'assemblage s'effectue en rapprochant la partie en forme de disque 4 et le corps 7, comme illustré par la figure 2, puis en appliquant des ultrasons, symbolisés en 9 sur la figure 3, et fournis par un générateur 10, sur les parties périphériques ainsi rapprochées Des vibrations sont alors transmises aux éléments internes, et elles risquent10 notamment de tordre le ressort 3 et de brûler la membrane , donc de détériorer ou même détruire ces éléments internes En résumé, le procédé conventionnel consiste à appliquer les ultrasons 9 directement sur des parties de l'enveloppe externe de la vanne électromagnétique, renfermant les composants internes fragiles. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précédemment exposés, donc de proposer un procédé perfectionné pour l'assemblage de pièces en matière plastique par soudure ultrasonique, ce procédé évitant la transmission de vibrations aux éléments internes, donc préservant ces éléments, tout en assurant une tenue mécanique très satisfaisante. A cet effet, le procédé selon l'invention pour l'assemblage de pièces en matière plastique par soudure ultrasonique consiste essentiellement: à réaliser un pré-assemblage des pièces en matière plastique, en ménageant entre ces pièces, dans leur zone d'assemblage, un espace apte à recevoir au moins une pièce rapportée,30 à mettre en place au moins une pièce rapportée soudable par ultrasons dans ledit espace, à soumettre la pièce rapportée seule à des ultrasons, de manière à la souder sur l'une au moins des pièces en matière plastique précitées. Le pré-assemblage est réalisable par un emmanchement forcé d'une pièce en matière plastique dans l'1 autre, ou par toute autre liaison mécanique simple, de résistance relativement faible. La pièce rapportée, également en matière plastique, est avantageusement soudée par ultrasons à l'une seulement des pièces en matière plastique à assembler, la géométrie de la zone d'assemblage étant telle que l'autre pièce en matière plastique se trouve, en fin d'opération de soudure par ultrasons, immobilisée entre ladite pièce rapportée et la première pièce en10 matière plastique. Ainsi, la seconde pièce en matière plastique n'est pas soumise directement aux ultrasons, tout en se trouvant finalement assemblée de manière mécaniquement résistante à la première pièce, et en conséquence les composants15 internes du produit assemblé ne sont pas soumis à des vibrations lors de l 'opération de soudage Un avantage supplémentaire du procédé selon l'invention réside dans le f ait que la pièce rapportée et soudée étant de masse très faible, l'énergie mise en jeu pour la soudure est20 notablement inférieure à celle nécessaire dans le procédé traditionnel rappelé ci-dessus, tout en conservant un assemblage de résistance mécanique équivalente. Dans le cas particulier de l'assemblage de pièces en matière plastique possédant une symétrie autour d'un axe, le procédé s'applique avantageusement en ménageant sur ces pièces, dans leurs zones d'assemblage respectives, des épaulements annulaires qui définissent lors du pré- assemblage une rainure circulaire, dans laquelle est mise en place une pièce rapportée en forme de bague à laquelle sont appliqués les ultrasons De préférence, la rainure circulaire possède un fond étagé, résultant d'un décalage des deux épaulements annulaires après pré- assemblage, de telle sorte que la bague rapportée repose seulement sur l'une des deux pièces à assembler, avant et pendant l'application des ultrasons à cette bague. Ce mode particulier de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est notamment applicable à l'assemblage d'une vanne électromagnétique qui comprend, pour le guidage d'un noyau magnétique mobile, un guide tubulaire en matière plastique, avec une partie en forme de disque à la périphérie de laquelle est fixée une membrane déplacée par le noyau mobile, la périphérie de la partie en forme de disque étant à assembler au bord d'un corps en matière plastique, le procédé consistant dans cette application à réaliser l'assemblage de la partie en forme de disque sur le corps en utilisant une pièce rapportée en forme de bague, qui est mise en place dans une rainure circulaire ménagée après pré- assemblage du guide tubulaire sur le corps, les ultrasons étant appliqués sur la bague rapportée pour la fixer au bord dudit corps, tout en immobilisant la périphérie de la partie en forme de disque L'assemblage est ainsi réalisé sans transmission des ultrasons au corps tubulaire qui renferme le noyau magnétique mobile, son ressort de rappel et la membrane, si bien que tous ces composants internes sont protégés. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé illustrant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre de ce procédé d'assemblage de pièces en matière plastique par soudure ultrasonique, appliqué à une vanne électromagnétique: Figures 1 à 3 (déjà commentées plus haut) illustrent le procédé conventionnel d'assemblage par soudure ultrasonique; Figures 4,5,6 et 7 sont des vues en coupe illustrant les phases successives du procédé d'assemblage conforme à la présente invention, pour une vanne électromagnétique similaire à celle des figures précédentes. Ainsi les figures 4 à 7 se rapportent toujours à l'assemblage d'une vanne électromagnétique, du même genre que celle précédemment considérée, les éléments correspondant à ceux des figures 1 à 3 étant désignés par les mêmes références numériques et n'étant pas décrits ici une nouvelle fois. 5 La figure 4 montre la vanne électromagnétique, avant assemblage du guide tubulaire 1 sur le corps 7 La partie en forme de disque 4 du guide 1 présente, à sa périphérie, un épaulement annulaire 11 L'autre épaulement annulaire 12 est formé au niveau du bord circulaire du corps 7. Comme le montre la figure 5, la vanne électromagnétique est dans un premier temps pré-assemblée, par emmanchement forcé de la partie en forme de disque 4 dans le corps 7 Les deux épaulements 11 et 12 viennent alors sensiblement en correspondance, de manière à définir une rainure circulaire 13, avec un fond étagé résultant d'un léger décalage des deux épaulements 11 et 12. Dans la phase suivante, illustrée par la figure 6, une bague en matière plastique 14 est posée dans la rainure circulaire 13 On notera que le fond étagé de cette rainure 13 définit, après la pose de la bague 14, un espace libre annulaire situé sous ladite bague, entre celle-ci et la périphérie de la partie en forme de disque 4. Enfin, comme montré sur la figure 7, on procède à la soudure en appliquant les ultrasons 9, issus du générateur 10, sur la face supérieure de la bague 14. Ainsi, la bague 14 est soudée sur le bord du corps 7, et sa fixation par soudure assure la tenue mécanique de l'ensemble, la bague se trouvant finalement enfoncée jusqu'à la partie la plus basse de la rainure 13. En raison de la configuration étagée du fond de la rainure circulaire 13, la bague 14 prend seulement appui sur le bord du corps 7 au cours de l'opération de soudure35 ultrasonique, et ainsi il y a uniquement interférence entre la bague 14 et le corps 7, comme le montre la comparaison des figures 6 et 7 Par conséquent, la partie en forme de disque 4 et tout le guide tubulaire 1 ne sont plus soumis directement aux ultrasons 9, si bien que les éléments internes, qui leur sont associés, ne subissent eux-mêmes pas de vibrations indésirables et restent préservés. L'opération de soudure ultrasonique est réalisable ici à une fréquence de l'ordre de 20 k Hz, avec une amplitude réglable pouvant être d'environ 80 y L'énergie à mettre en oeuvre pour cette opération de soudure est fortement réduite par rapport à celle nécessaire avec le procédé conventionnel, l'économie d'énergie pouvant être de 30 à 50 %, tout en conservant un assemblage final de résistance mécanique équivalente, adaptée à l'utilisation de la vanne électromagnétique. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode de mise en oeuvre de ce procédé d'assemblage de pièces en matière plastique par soudure ultrasonique qui a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes respectant le même principe Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications de forme des pièces à assembler, ou par l'application du même procédé à l'assemblage de produits autres que des vannes25 électromagnétiques, la bague étant remplaçable par toute pièce rapportée de géométrie adaptée, et soudable par ultrasons. REVENDICATIONS 1 Procédé d'assemblage de pièces en matière plastique par soudure ultrasonique, caractérisé en ce qu'il consiste:5 à réaliser un pré-assemblage des pièces en matière plastique ( 1,4; 7,8), en ménageant entre ces pièces, dans leur zone d'assemblage, un espace ( 13) apte à recevoir au moins une pièce rapportée ( 14), à mettre en place au moins une pièce rapportée ( 14) soudable par ultrasons dans ledit espace ( 13), à soumettre la pièce rapportée ( 14) seule à des ultrasons ( 9), de manière à la souder sur l'une au moins ( 7,8) des pièces en matière plastique précitées. 2 Procédé d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pré-assemblage est réalisé par un emmanchement forcé d'une pièce en matière plastique ( 1,4) dans l'autre ( 7,8). 3 Procédé d'assemblage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce rapportée ( 14) est soudée par ultrasons ( 9) à l'une seulement ( 7,8) des pièces en matière plastique à assembler, la géométrie de la zone d'assemblage étant telle que l'autre pièce en matière plastique ( 1,4) se trouve, en fin d'opération de soudure par ultrasons, immobilisée entre ladite pièce25 rapportée ( 14) et la première pièce en matière plastique ( 7,8). 4 Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas de l'assemblage de pièces en matière plastique ( 1,4; 7,8)30 possédant une symétrie autour d'un axe (A), on ménage sur ces pièces, dans leurs zones d'assemblage respectives, des épaulements annulaires ( 11,12) qui définissent lors du pré-assemblage une rainure circulaire ( 13), dans laquelle est mise en place une pièce rapportée en forme de bague ( 14) à laquelle sont appliqués les ultrasons ( 9). Procédé d'assemblage selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la rainure circulaire ( 13) possède un fond étagé, résultant d'un décalage, des deux épaulements annulaires ( 11,12) après5 pré-assemblage, de telle sorte que la bague rapportée ( 14) repose seulement sur l'une ( 7,8) des deux pièces à assembler, avant et pendant l'application des ultrasons ( 9) à cette bague ( 14). 6 Application du procédé selon la revendication 5 à l'assemblage d'une vanne électromagnétique qui comprend, pour le guidage d'un noyau magnétique mobile ( 2), un guide tubulaire ( 1) en matière plastique, avec une partie en forme de disque ( 4) à la périphérie de laquelle est fixée une membrane ( 5) déplacée par le noyau mobile ( 2), la15 périphérie de la partie en forme de disque ( 4) étant à assembler au bord d'un corps ( 7,8) en matière plastique, caractérisée en ce que l'on réalise l'assemblage de la partie en forme de disque ( 4) sur le corps ( 7,8) en utilisant une pièce rapportée en forme de bague ( 14), qui est mise en place dans une rainure circulaire ( 13) ménagée après pré- assemblage du guide tubulaire ( 1) sur le corps ( 7,8), les ultrasons ( 9) étant appliqués sur la bague rapportée ( 14) pour la fixer au bord dudit corps ( 7,8), tout en immobilisant la périphérie de la partie en forme de disque ( 4).