Soldadura con separación.

Procedimiento de unión permanente mediante soldadura por ultrasonidos para soldar un primer elemento

(6) a un segundo elemento (3), de material termoplástico, en el que la energía derivada de la oscilación se transmite a través de un sonotrodo (2) a las piezas que se van a unir (3 y 6), de manera que el plástico en la zona de soldadura se derrite y, una vez frío, establece una unión profunda entre las piezas que se han de unir (3 y 6), para lo que se crea un espacio libre (10) en al menos una de las piezas y/o entre las piezas 3 y 6 en la zona de soldadura, que sirve para alojar el plástico fundido, lo que mantiene la zona de soldadura prácticamente libre de presión, para lo que se prevé la incorporación de separadores (1) entre las piezas que se han de unir (3 y 6), los separadores (1) forman una red de costillas, segmentos de costillas o botones y se colocan como elementos independientes antes de la soldadura entre las piezas 3 y 6, caracterizado porque el sonotrodo (2) se introduce únicamente en la pieza 3.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07011470.

Solicitante: Faurecia Exteriors GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Nordsehler Strasse 38 31655 Stadthagen ALEMANIA.

Inventor/es: ALBERT,BRUNO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Ensamblado de elementos preformados; Aparatos a este... > B29C65/08 (utilizando vibraciones ultrasonoras)

PDF original: ES-2527891_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Soldadura con separación [0001] La invención se refiere a un procedimiento de unión permanente mediante soldadura por ultrasonidos para soldar un primer elemento a un segundo elemento, de material termoplástico, de conformidad con el concepto general de la reivindicación 1.

La soldadura ultrasónica ha demostrado su eficacia como procedimiento de unión permanente por ultrasonidos en parachoques, así como en sus componentes internos y elementos incorporados. El procedimiento de unión permanente se inicia a través de conjuntos oscilantes transversales, que se componen del convertidor, el amplificador (booster) y el sonotrodo, siendo el sonotrodo la verdadera herramienta de soldadura. Esto se describe en detalle en EP 1 250 996 A1.

Debido a la alta velocidad de los procesos y a unos resultados de soldadura reproducibles, dicho procedimiento se emplea preferiblemente en la producción de parachoques de serie a gran escala.

En la soldadura por ultrasonidos, se transmiten vibraciones mecánicas mediante la aplicación de presión sobre piezas de plástico y, debido a la fricción entre las superficies en contacto, se genera calor. El material se derrite debido al efecto de dicho calor. El sonotrodo, el componente de trabajo que se encuentra en contacto con el material, se desplaza hacia adelante en paralelo acompañado de una presión, comprimiendo así las piezas entre sí. Después de la soldadura, es necesaria una breve pausa para el enfriamiento, de manera que la temperatura del plástico disminuye y la unión se fortalece. De este modo, se crea la unión entre dos piezas de plástico.

El procedimiento, según el nivel actual de la técnica, se sigue caracterizando por el hecho de que las superficies de las piezas que se han de soldar se encuentren superpuestas. La punta del sonotrodo se inserta a través de la pieza que hay que unir hasta penetrar en la pieza visible (véase a este respecto la imagen 1) .

El plástico desplazado fluye hacia arriba, donde la base del sonotrodo lo aplana por efecto de la presión. Asimismo, el material fundido se expande ocupando la rendija entre las dos piezas que se van a soldar, de modo que surge una unión circular alrededor de la punta del sonotrodo. Por medio de una interrupción electrónica de la profundidad, que fija la línea de soldadura reproducible hasta 0, 05 mm, se mantiene el sonotrodo bajo presión el tiempo suficiente hasta que el material fundido se solidifica por completo.

Un nuevo procedimiento de soldadura por ultrasonidos se ha dado a conocer a través del documento US 3 765 973.

Algunos parámetros importantes en la técnica de este procedimiento son:

El tipo de sonotrodo, el tipo de plástico, el grosor de las paredes de los plásticos que hay que soldar, la profundidad de soldadura, el tiempo de soldadura, el tiempo de enfriamiento, la presión de apriete, el punto de fusión del plástico, etc.

Ninguno de los procedimientos de soldadura por ultrasonidos conocido hasta el momento es capaz de 45 cumplir los requisitos exigidos por el cliente en relación con la solidez de la unión de soldadura y con el aspecto visual de la superficie pintada con un grosor de las paredes â 3, 0 mm, suficiente para la función del parachoques en sí misma. Este es el motivo por el que generalmente aumenta el grosor de las paredes de la pieza en la zona de soldadura. Mientras que el grosor "normal" de las paredes del parachoques oscila entre 2, 8 â?" 3, 0 aprox., el grosor mínimo en la zona de la soldadura se sitúa entre 3, 4 â?" 4, 0 mm. Esto tiene importantes consecuencias en el coste de 50 la herramienta y en la fabricación de las piezas, dado que el grosor máximo de cada pieza determina la duración del ciclo en el moldeo por inyección de plásticos.

Además, el tope fijo convencional del sonotrodo, utilizado hasta el momento, tiene la desventaja de que la presión del sonotrodo no actúa correctamente sobre el punto de soldadura. El material se derrite y se desplaza 55 debido a la introducción del sonotrodo, de modo que no puede surgir ningún tipo de presión en la zona de la propia soldadura. El material fundido es presionado, por lo general, lateralmente entre las piezas que hay que soldar. De este modo, la superficie soldada firme se reduce debido a la superficie de la sección transversal del sonotrodo. Además, de esta forma, el material en estado parcialmente sólido se desplaza, lo que, por otra parte, disminuye la fijación.

La invención tiene por objeto proponer un procedimiento de unión permanente mediante soldadura por ultrasonidos, especialmente concebido para soldar una pieza visible a otra pieza, que permita crear piezas visibles con un grosor en la zona de soldadura igual o menor a 3, 0 mm, con altas exigencias en cuanto a la calidad de la superficie y a la solidez de la unión de soldadura. Todo esto se ha de llevar a cabo, sin ningún tipo de hundimiento o deformación evidentes en la superficie de la pieza visible, mediante un procedimiento de unión apropiado para la producción en serie. Las fuerzas de tracción que se alcanzan durante este proceso se sitúan dentro de un margen no superior a 400 N.

De conformidad con la invención, el problema ha quedado resuelto mediante el procedimiento descrito en la reivindicación 1. El plástico derretido forma una masa fundida, la cual no se ve sometida a ningún tipo de carga debido al espacio liberado, por lo que no sufre deformaciones al enfriarse. Asimismo, gracias al nuevo procedimiento, se mejora la resistencia de tracción de la unión.

El espacio libre también se puede crear mediante una hendidura en al menos una de las piezas que se vaya a soldar.

De conformidad con la invención, se ha previsto la incorporación de separadores en la zona de soldadura entre las piezas que se van a unir. Estos separadores transmiten la presión de una pieza a la otra, de manera que, incluso a través de dichos separadores, las piezas que se han de unir son presionadas entre sí en la zona de soldadura. La distancia entre los separadores forma un espacio libre, que sirve para alojar el plástico derretido y permite que la zona de soldadura se mantenga prácticamente libre de carga.

Los separadores forman una red de costillas, sección de costillas o botones.

Los separadores se colocan aparte, antes de comenzar a soldar, como elementos individuales entre las piezas que se van a unir.

La distancia fijada por los separadores entre las piezas que se han de soldar oscila entre 0, 1 y 2, 0 mm en 30 un modelo.

El grosor de la superficie de apoyo de los separadores se establece preferiblemente entre 0, 1 y 2, 0 mm.

Para cumplir su función de la manera más conveniente posible, el sonotrodo únicamente penetra en una de 35 las piezas que se ha de unir, de modo que no se producen marcas en la otra pieza.

Es una ventaja el hecho de que, tras la introducción del sonotrodo en una de las piezas que se ha de unir, quede un grosor restante de 0 a 2/3 d, siendo d el grosor de la pieza en la zona de soldadura. Con este grosor restante se crea una unión con fuerzas de tracción elevadas, mientras que en la otra pieza no se producen marcas.

En la configuración de acuerdo con la invención, una de las piezas que se han de unir es un parachoques y, por tanto, un elemento visible; mientras que la otra pieza es un elemento incorporado o un componente interno, por lo que el sonotrodo únicamente perfora el elemento incorporado o el componente interno.

El procedimiento conforme a la invención, es apto para su aplicación en piezas de plástico.

Gracias al nuevo procedimiento de soldadura, es posible soldar al parachoques componentes internos, con un grosor de pared de la pieza visible (parachoques) inferior o igual a 3, 0 mm.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de unión permanente mediante soldadura por ultrasonidos para soldar un primer elemento (6) a un segundo elemento (3) , de material termoplástico, en el que la energía derivada de la oscilación se 5 transmite a través de un sonotrodo (2) a las piezas que se van a unir (3 y 6) , de manera que el plástico en la zona de soldadura se derrite y, una vez frío, establece una unión profunda entre las piezas que se han de unir (3 y 6) , para lo que se crea un espacio libre (10) en al menos una de las piezas y/o entre las piezas 3 y 6 en la zona de soldadura, que sirve para alojar el plástico fundido, lo que mantiene la zona de soldadura prácticamente libre de presión, para lo que se prevé la incorporación de separadores (1) entre las piezas que se han de unir (3 y 6) , los separadores (1)

forman una red de costillas, segmentos de costillas o botones y se colocan como elementos independientes antes de la soldadura entre las piezas 3 y 6, caracterizado porque el sonotrodo (2) se introduce únicamente en la pieza 3.

2. Procedimiento de unión permanente mediante soldadura por ultrasonidos según la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia fijada por el separador (1) entre las piezas que se han de unir (3 y 6) se establece 15 entre 0, 1 y 2, 0 mm.

3. Procedimiento de unión permanente mediante soldadura por ultrasonidos según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el grosor (8) de la superficie de apoyo de los separadores (1) se establece entre 0, 1 y 2, 0 mm.

4. Procedimiento de unión permanente mediante soldadura por ultrasonidos según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, tras la introducción del sonotrodo (2) en una de las piezas que se han de unir (3) , queda un grosor restante (9) de 0 a 2/3 d, siendo d el grosor de la pieza que se ha de unir (3) en la zona de soldadura.

5. Procedimiento de unión permanente mediante soldadura por ultrasonidos según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque una de las piezas que se ha de unir (6) es un parachoques y, por tanto, una pieza visible, mientras que la otra pieza que se ha de unir (3) es un elemento incorporado o un componente interno, penetrando el sonotrodo (2) únicamente en dicho elemento incorporado o componente interno.