Aparato (20) para procesos ultrasónicos, que comprende: un elemento de bocina ultrasónica (28),

giratorio, que tiene un primer lado axial (30) y un segundo lado axial (32); un primer elemento (34) de eje giratorio que está unido operativamente a dicho primer lado axial (30) de dicho elemento de bocina (28); y un segundo elemento de eje giratorio (36) que está unido operativamente a dicho segundo lado axial (32) de dicho elemento de bocina (28); caracterizado porque el aparato comprende además: un primer elemento de aislamiento (42) que está unido operativamente a dicho primer elemento de eje, pudiendo dicho primer elemento de aislamiento curvarse bajo un rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina, para proporcionar un componente operativo de movimiento a lo largo de una dirección radial (102) de dicho primer elemento de aislamiento, y un componente operativo de movimiento a lo largo de una dirección axial (100) de dicho primer elemento de aislamiento; en el que dicho primer elemento (42) de aislamiento tiene un primer componente radial (46) de aislamiento y un primer componente axial (50) de aislamiento; dicho primer componente radial (46) de aislamiento está unido a dicho primer elemento (34) de eje, está configurado para extenderse por lo menos radialmente desde dicho primer elemento (34) de eje, y está configurado para curvarse bajo un rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina; y dicho primer componente axial (50) de aislamiento está unido a una parte operativa de dicho primer componente radial (46) de aislamiento, está configurado para extenderse axialmente desde dicho primer componente radial de aislamiento, y está configurado para curvarse bajo dicho rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina; comprendiendo además el aparato: un segundo elemento de aislamiento que está unido operativamente a dicho segundo elemento de eje, pudiendo dicho segundo elemento de aislamiento curvarse bajo un rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina, para proporcionar un componente operativo de movimiento a lo largo de una dirección radial de dicho segundo elemento (44) de aislamiento, y un componente operativo de movimiento a lo largo de una dirección axial de dicho segundo elemento (44) de aislamiento; en el que dicho segundo elemento (44) de aislamiento tiene un segundo componente radial (48) de aislamiento y un segundo componente axial (52) de aislamiento; dicho segundo componente radial (48) de aislamiento está unido a dicho segundo elemento (36) de eje, está configurado para extenderse por lo menos radialmente desde dicho segundo elemento de eje, y está configurado para curvarse bajo dicho rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina; y dicho segundo componente axial (52) de aislamiento está unido a una parte operativa de dicho segundo componente radial (48) de aislamiento, está configurado para extenderse axialmente desde dicho segundo componente radial de aislamiento, y está configurado para curvarse bajo dicho rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere en general a un método y un aparato que pueden ser utilizados para operaciones de procesos ultrasónicos. En características concretas, el método y el aparato incluyen una bocina ultrasónica giratoria, y el proceso ultrasónico puede incluir una operación de unión ultrasónica. Más en concreto, la invención se refiere a un método y un aparato de proceso ultrasónico que pueden proporcionar un aislamiento operativo de la bocina giratoria durante la utilización de un sistema de conexión que tiene una rigidez y una tenacidad relativamente elevadas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los sistemas ultrasónicos convencionales han incluido una bocina giratoria que coopera con un yunque giratorio. Las bocinas ultrasónicas giratorias convencionales han sido soportadas y montadas utilizando caucho u otros componentes elastoméricos para proporcionar un aislamiento ultrasónico. Como resultado, la bocina ultrasónica ha presentado una tenacidad estática baja, una tenacidad dinámica baja y ha presentado cantidades excesivamente grandes de desgaste u otras desviaciones durante un funcionamiento ordinario. Adicionalmente, los sistemas convencionales de bocina ultrasónica han utilizado técnicas de transmisión de par de fuerzas complicadas y no fiables. El documento DE29503122.0 da a conocer un sonotrodo, y el documento US 5976316 da a conocer un sistema de montaje para un elemento ultrasónico.

Para ayudar a solucionar los diversos inconvenientes, los sistemas de unión ultrasónica convencionales han utilizado diferentes ruedas de soporte para ayudar a mantener la bocina ultrasónica en una posición deseada en relación con el yunque giratorio que coopera con la misma. Típicamente, las ruedas de soporte han sido configuradas para sujetar la bocina giratoria en contacto directo, sustancialmente continuo, con el yunque giratorio durante un funcionamiento normal. Sin embargo, la utilización de dichas ruedas de soporte ha incrementado excesivamente el ruido audible procedente del sistema, y ha provocado un desgaste excesivo en la superficie de trabajo de la bocina ultrasónica. Adicionalmente, la bocina ha presentado un desgaste desigual, o ha requerido la utilización de un mecanismo de oscilación para distribuir de forma más homogénea el desgaste. Los sistemas de transmisión de par de fuerzas requeridos para impulsar la bocina giratoria han sido excesivamente costosos, han requerido un mantenimiento excesivo y han sido difíciles de configurar y ajustar. Los sistemas convencionales de bocina ultrasónica han creado asimismo zonas sobre la superficie de trabajo de la bocina, que han sido inadecuadas para llevar a cabo las operaciones de unión deseadas, y no han proporcionado niveles suficientes de estabilidad dinámica. Adicionalmente, los sistemas convencionales de unión ultrasónica han requerido ajustes excesivamente críticos, y han presentado una complejidad excesiva y unos costes excesivos. Cuando se utiliza caucho u otros materiales elásticos para proporcionar montajes de aislamiento acústico, los montajes pueden generar una energía reflejada excesiva si el material elastomérico es sobrecomprimido. Como resultado, ha existido una necesidad continua de sistemas mejorados de unión ultrasónica. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención da a conocer un aparato de proceso ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 1 y un método de proceso ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 22. El método y el aparato de proceso ultrasónico incluyen un elemento de bocina ultrasónica giratoria unido operativamente a un primer elemento de aislamiento, y a un segundo elemento de aislamiento. En una característica concreta, el primer elemento de aislamiento puede presentar una rigidez elevada. El primer elemento de aislamiento puede curvarse bajo el rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina, para proporcionar un componente operativo de movimiento a lo largo de su dirección radial y un componente operativo de movimiento a lo largo de su dirección axial. En otra característica, el segundo elemento de aislamiento puede presentar una rigidez elevada. El segundo elemento de aislamiento puede curvarse bajo el rango de frecuencias sónicas durante la vida útil de la bocina, proporcionando un componente operativo de movimiento a lo largo de su dirección radial, y un componente operativo de movimiento a lo largo de su dirección axial.

Cada elemento de aislamiento tiene un componente radial de aislamiento y un componente axial de aislamiento. Cada componente radial de aislamiento está unido operativamente a un elemento axial correspondiente, y está configurado para extenderse por lo menos radialmente desde su elemento de eje correspondiente. El componente radial de aislamiento está configurado para curvarse operativamente bajo el rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina. Cada componente axial de aislamiento está unido operativamente a una parte operativa de un componente radial de aislamiento correspondiente, y está configurado para extenderse por lo menos axialmente desde su componente radial de aislamiento correspondiente. El componente axial de aislamiento está configurado para curvarse operativamente bajo el rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina.

Los diversos aspectos, características y configuraciones del método y el aparato de la invención pueden proporcionar un sistema distintivo de bocina ultrasónica giratoria, que incluye una guía de ondas correspondiente y por lo menos un elemento de aislamiento que tiene una rigidez y una tenacidad elevadas. El elemento de aislamiento puede aislar operativamente el movimiento radial que puede surgir en el nodo longitudinal de una guía de ondas, y puede proporcionar un ancho de banda suficiente para compensar los desplazamientos nodales que pueden producirse durante un funcionamiento normal. El elemento de aislamiento puede proporcionar asimismo una tenacidad mejorada para reducir las deformaciones bajo carga. La tenacidad incrementada puede ayudar a mantener la concentricidad, y puede ayudar a reducir los desplazamientos por descentrado. Adicionalmente, el elemento de aislamiento puede transmitir un par de fuerzas con mayor eficiencia y puede proporcionar una eficacia y una eficiencia mejoradas. El elemento de aislamiento puede estar configurado asimismo para reducir las concentraciones de esfuerzo y para incrementar la resistencia a la fatiga, y puede proporcionar un sistema de montaje que puede reducir los movimientos relativos entre piezas componentes. El método y el aparato de la invención pueden reducir la necesidad de componentes de aislamiento elastoméricos, y pueden eliminar la necesidad de juntas tóricas elastoméricas convencionales y piezas metálicas de anillos de aislamiento asociados. El método y el aparato pueden reducir asimismo la necesidad de chavetas de transmisión del par de fuerzas, y pueden evitar la utilización de ruedas de soporte auxiliares para mantener las posiciones deseadas de la bocina giratoria y del yunque giratorio. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención se comprenderá mejor y las ventajas resultarán evidentes, haciendo referencia a la siguiente descripción detallada de la invención y a los dibujos, en los cuales:

la figura 1 muestra una vista lateral, esquemática, de un método y un aparato representativos que pueden incorporar la presente invención;

la figura 2 muestra una vista desde el extremo, esquemática, de un método y un aparato representativos que pueden incorporar la presente invención;

la figura 3 muestra una vista en perspectiva, representativa, de un elemento de bocina representativo y un elemento de aislamiento que pueden ser utilizados con el método y el aparato de la invención;

la figura 4 muestra una vista esquemática de una sección a través de una configuración montada de forma giratoria del elemento de bocina y del elemento de aislamiento ilustrados en la figura 3;

la figura 5 muestra una vista en perspectiva, representativa, de otro elemento de bocina y otro elemento de aislamiento que pueden ser utilizados con el método y el aparato de la invención;

la figura 6 muestra una vista esquemática de una sección a través de una configuración montada de forma giratoria, del elemento de bocina y del elemento de aislamiento ilustrados en la figura 5;

la figura 6A muestra una vista esquemática de una sección a través de una disposición en la que el elemento de bocina y el elemento de aislamiento están montados de forma giratoria...

1. Aparato (20) para procesos ultrasónicos, que

comprende:

un elemento de bocina ultrasónica (28), giratorio, que tiene un primer lado axial (30) y un segundo lado axial (32);

un primer elemento (34) de eje giratorio que está unido operativamente a dicho primer lado axial (30) de dicho elemento de bocina (28); y

un segundo elemento de eje giratorio (36) que está unido operativamente a dicho segundo lado axial (32) de dicho elemento de bocina (28);

caracterizado porque el aparato comprende además:

un primer elemento de aislamiento (42) que está unido operativamente a dicho primer elemento de eje, pudiendo dicho primer elemento de aislamiento curvarse bajo un rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina, para proporcionar un componente operativo de movimiento a lo largo de una dirección radial (102) de dicho primer elemento de aislamiento, y un componente operativo de movimiento a lo largo de una dirección axial (100) de dicho primer elemento de aislamiento;

en el que dicho primer elemento (42) de aislamiento tiene un primer componente radial (46) de aislamiento y un primer componente axial (50) de aislamiento;

dicho primer componente radial (46) de aislamiento está unido a dicho primer elemento (34) de eje, está configurado para extenderse por lo menos radialmente desde dicho primer elemento

(34) de eje, y está configurado para curvarse bajo un rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina; y

dicho primer componente axial (50) de aislamiento está unido a una parte operativa de dicho primer componente radial (46) de aislamiento, está configurado para extenderse axialmente desde dicho primer componente radial de aislamiento, y está configurado para curvarse bajo dicho rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina;

comprendiendo además el aparato:

un segundo elemento de aislamiento que está unido operativamente a dicho segundo elemento de eje, pudiendo dicho segundo elemento de aislamiento curvarse bajo un rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina, para proporcionar un componente operativo de movimiento a lo largo de una dirección radial de dicho segundo elemento (44) de aislamiento, y un componente operativo de movimiento a lo largo de una dirección axial de dicho segundo elemento (44) de aislamiento;

en el que dicho segundo elemento (44) de aislamiento tiene un segundo componente radial (48) de aislamiento y un segundo componente axial (52) de aislamiento;

dicho segundo componente radial (48) de aislamiento está unido a dicho segundo elemento (36) de eje, está configurado para extenderse por lo menos radialmente desde dicho segundo elemento de eje, y está configurado para curvarse bajo dicho rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina; y

dicho segundo componente axial (52) de aislamiento está unido a una parte operativa de dicho segundo componente radial (48) de aislamiento, está configurado para extenderse axialmente desde dicho segundo componente radial de aislamiento, y está configurado para curvarse bajo dicho rango de frecuencias sónicas de la vida útil de la bocina.

2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicho primer componente radial (46) de aislamiento se extiende de forma sustancialmente continúa a lo largo de una dirección circunferencial de dicho primer elemento (42) de aislamiento, y dicho segundo componente radial (48) de aislamiento se extiende de forma sustancialmente continúa a lo largo de una dirección circunferencial de dicho segundo elemento de aislamiento (44).

3. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicho primer componente radial (46) de aislamiento se extiende de forma discontinua a lo largo de una dirección circunferencial de dicho primer elemento (42) de aislamiento, y dicho segundo componente radial (48) de aislamiento se extiende de forma discontinua a lo largo de una dirección circunferencial de dicho segundo elemento (44) de aislamiento.

4. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dichos primer y segundo componentes radiales (46, 48) de aislamiento tienen sustancialmente forma de disco.

5. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicho primer componente axial (50) de aislamiento está configurado para proporcionar una extensión axial desde dicho primer componente radial (46) de aislamiento, y dicho segundo componente axial (52) de aislamiento está configurado para proporcionar una extensión axial desde dicho segundo componente radial (48) de aislamiento.

6. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicho primer componente axial (50) de aislamiento está configurado para proporcionar una extensión axial desde una sección radialmente exterior de dicho primer componente radial (46) de aislamiento, y dicho segundo componente axial (52) de aislamiento está configurado para proporcionar una extensión axial desde una sección radialmente exterior de dicho segundo componente radial (48) de aislamiento.

7. Aparato, según la reivindicación 5, en el que dicho primer componente axial (50) de aislamiento está configurado para proporcionar una extensión axial sustancialmente continúa desde dicho primer componente radial (46) de aislamiento, y dicho segundo componente axial (52) de aislamiento está configurado para proporcionar una extensión axial sustancialmente continúa desde dicho segundo componente radial de aislamiento.

8. Aparato, según la reivindicación 5, en el que dicho primer componente axial (50) de aislamiento está configurado para extenderse de forma sustancialmente continúa a lo largo de una dirección circunferencial de dicho primer elemento (42) de aislamiento, y dicho segundo componente axial (52) de aislamiento está configurado para extenderse de forma sustancialmente continúa a lo largo de una dirección circunferencial de dicho segundo elemento radial de aislamiento.

9. Aparato, según la reivindicación 5, en el que dicho primer componente axial (50) de aislamiento está configurado para extenderse de forma discontinua a lo largo de una dirección circunferencial de dicho primer elemento (42) de aislamiento, y dicho segundo componente axial (52) de aislamiento está configurado para extenderse de forma discontinua a lo largo de una dirección circunferencial de dicho segundo elemento de aislamiento.

10. Aparato, según la reivindicación 5, en el que dichos primer y segundo componentes axiales (50, 52) de aislamiento tienen sustancialmente forma de cilindro.

11. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además incluye por lo menos un primer acoplador giratorio que está soportado por un cojinete (66) de giro; en el que dicho primer elemento (42) de aislamiento está unido operativamente a dicho primer acoplador (58).

12. Aparato, según la reivindicación 11, en el que

dicho primer acoplador (58) proporciona una primera abertura (62) de acoplador;

y

dicho primer componente axial de aislamiento está situado y fijado operativamente en dicha primera abertura (62) de acoplador.

13. Aparato, según la reivindicación 11, en el que dicho primer elemento (42) de aislamiento está unido a dicho acoplador (58) incluyendo un ajuste por fricción e interferencia.

14. Aparato, según la reivindicación 11, en el que dicho primer acoplador (58) tiene una primera abertura de acoplador; dicho primer componente axial (50) de aislamiento incluye una primera parte de reborde (54) extendida; y

dicha primera parte de reborde está situada y fijada operativamente en dicha primera abertura de acoplador.

15. Aparato, según la reivindicación 14, en el que dicha primera parte de reborde (54) está unida operativamente a dicha primera abertura de acoplador, incluyendo para ello un ajuste por fricción e interferencia.

16. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye además: un elemento (86) de yunque giratorio que está situado cooperativamente próximo a dicho elemento de bocina; y

un excitador ultrasónico (82) que está conectado operativamente a dicho elemento de bocina.

17. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que

dicho primer componente radial (46) de aislamiento tiene una longitud y un grosor que permiten a dicho primer componente radial de aislamiento curvarse operativamente sin una fatiga excesiva;

dicho primer componente axial (50) de aislamiento tiene una longitud y un grosor que permiten a dicho primer componente axial de aislamiento curvarse operativamente sin una fatiga excesiva.

18. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento de bocina giratoria (28) tiene una deformación máxima no mayor de unos 0,004 mm bajo una fuerza de 445 N.

19. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento de bocina giratoria (28) tiene

un desgaste máximo no mayor de unos 0,018 mm a una velocidad de rotación de 5 revoluciones/min.

20. Aparato de proceso ultrasónico, según la reivindicación 1, en el que dicho primer elemento (34) de eje puede proporcionar un primer plano nodal (38);

y dicho primer elemento (42) de aislamiento tiene una posición que es próxima operativamente a dicho primer plano nodal del primer elemento (34) de eje;

y dicho segundo elemento (36) de eje puede proporcionar un segundo plano nodal (40);

en el que dicho segundo elemento (44) de aislamiento tiene una posición que es próxima operativamente a dicho segundo plano nodal (40) del segundo elemento (36) de eje;

comprendiendo además el aparato;

un primer acoplador (58) que conecta entre dicho primer elemento de aislamiento y un primer cojinete (66) de giro, proporcionando dicho primer acoplador una primera abertura de acoplador en la que está situado y fijado operativamente dicho primer elemento de aislamiento; y

un segundo acoplador (60) que conecta entre dicho segundo elemento de aislamiento y un segundo cojinete (68) de giro, proporcionando dicho segundo acoplador una segunda abertura de acoplador en la que está situado y fijado operativamente dicho segundo elemento de aislamiento.

21. Aparato de proceso ultrasónico, según la reivindicación 1, en el que dicho primer elemento (34) de eje puede proporcionar un primer plano nodal (38);

y dicho primer elemento (42) de aislamiento está situado próximo operativamente a dicho primer plano nodal del primer elemento de eje;

teniendo dicho primer componente radial (46) de

en el que dicho segundo elemento (36) de eje puede proporcionar un segundo plano nodal (40);

estando dicho segundo elemento (44) de aislamiento situado próximo operativamente a dicho segundo plano nodal (40) del

segundo elemento de eje;

teniendo dicho segundo componente radial (48) de aislamiento una forma sustancialmente anular, y teniendo dicho segundo componente axial (52) de aislamiento una forma sustancialmente cilíndrica;

comprendiendo además el aparato:

un primer acoplador (58) que conecta entre dicho primer elemento de aislamiento y un primer cojinete (66) de giro, proporcionando dicho primer acoplador una primera abertura de acoplador, de forma sustancialmente cilíndrica, en la que está situado y fijado operativamente dicho primer componente axial de aislamiento;

un segundo acoplador (60) que conecta entre dicho segundo elemento de aislamiento y un segundo cojinete (68) de giro, proporcionando dicho segundo acoplador una segunda abertura de acoplador, de forma sustancialmente cilíndrica, en la que está situado y fijado operativamente dicho segundo componente axial de aislamiento;

un primer montaje (70) para soportar dicho primer cojinete de giro, estando dicho primer montaje separado axialmente de dicho primer lado axial de dicho primer elemento de bocina;

un segundo montaje (72) para soportar dicho segundo cojinete de giro, estando dicho segundo montaje separado axialmente de dicho segundo lado axial de dicho elemento de bocina;

un elemento (86) de yunque giratorio que está situado cooperativamente a una distancia seleccionada separada de dicho elemento de bocina;

un motor del yunque que puede hacer girar dicho elemento de yunque para proporcionar una velocidad periférica del yunque de por lo menos unos 5 m/min;

un motor de la bocina que puede hacer girar dicho elemento de bocina para proporcionar una velocidad periférica de la bocina sustancialmente igual a dicha velocidad periférica del yunque; y

por lo menos un primer excitador ultrasónico (84) que está conectado operativamente a dicho elemento de bocina y puede proporcionar una cantidad operativa de energía ultrasónica a una frecuencia dentro del rango aproximado de 15 a 60 kHz; donde

dicho elemento de bocina (28) está configurado para presentar una deformación estática no mayor de unos 0,004 mm a una carga de 445 Newton; y

dichos elemento (28) de bocina y elemento (86) de yunque están configurados para proporcionar una separación bocina-yunque sustancialmente constante que es, por lo menos, de unos 0,01 mm.

22. Método de proceso ultrasónico, que utiliza el aparato de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el método comprende la etapa de hacer girar el elemento (28) de bocina ultrasónica.

23. Método, según la reivindicación 22, en el que dicho método es un método de unión ultrasónica.