Procedimiento y dispositivo de soldadura eléctrica por resistencia a través de una descarga de condensadores.

Procedimiento para la soldadura por resistencia eléctrica de piezas metálicas, en el que dos electrodos de soldadura

(2) son juntados el uno al otro, intercalando los componentes a ser soldados, y una corriente de soldadura eléctrica es guiada por los electrodos (2) y a través de las piezas, en el que la corriente de soldadura es generada a partir de una memoria de condensadores (6) como impulso de corriente a través de la descarga de condensador, en el que una electrónica de potencia (12) realizada como convertidor reductor y destinada para el mando de la descarga de condensador y del impulso de corriente es activada con modulación de ancho de pulsos a través de un control PWM y el impulso de corriente puede ser ajustado de manera variable en lo que se refiere a sus parámetros, caracterizado por el hecho de que se utiliza como memoria de condensadores (6), una cascada de memorias (22) con varios supercondensadores (24) interconectados con una capacidad global en una gama comprendida de 1 a 1000 faradios, en el que la memoria de condensadores (6) es cargada a partir de una tensión alternativa de red (UN) mediante un bloque de alimentación controlable (32) con una tensión de carga (UL) de un máximo de 120 voltios, en el que la energía que proviene de la memoria de condensadores (6) es conducida directamente, sin transformador de soldadura, a través de la electrónica de potencia (12) activada para la reducción de tensión y el aumento de la corriente, hacia los electrodos de soldadura (2).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12157507.

Solicitante: NIMAK GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WERKSTRASSE 15 57537 WISSEN ALEMANIA.

Inventor/es: RÖDDER,BERND.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Soldadura por resistencia; Seccionamiento por calentamiento... > B23K11/11 (Soldadura por puntos)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Soldadura por resistencia; Seccionamiento por calentamiento... > B23K11/31 (Portaelectrodos (no limitados a la soldadura por resistencia eléctrica o al seccionamiento por calentamiento por resistencia B23K 37/02))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Soldadura por resistencia; Seccionamiento por calentamiento... > B23K11/24 (Circuitos de alimentación o de control apropiados)
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PDF original: ES-2536292_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo de soldadura eléctrica por resistencia a través de una descarga de condensadores

La presente invención se refiere en un primer tiempo, según el concepto general de la reivindicación 1, a un procedimiento para la soldadura por resistencia eléctrica de piezas metálicas, en donde dos electrodos de soldadura son juntados, intercalando los componentes a ser soldados, y una corriente de soldadura eléctrica es guiada por los electrodos y a través de las piezas, en el que la corriente de soldadura es generada a partir de una memoria de condensadores como impulso de corriente a través de la descarga de condensador.

La presente invención se refiere adicionalmente también, según el concepto general de la reivindicación independiente 7, a un dispositivo de soldadura para la soldadura por resistencia eléctrica de piezas metálicas, con dos electrodos de soldadura aptos a ser juntados el uno al otro, intercalando los componentes a ser soldados, y aptos a ser alimentados por una corriente de soldadura, y con una fuente de corriente para la corriente de soldadura, en el que la corriente de soldadura presenta una memoria de condensadores y un mando de descarga de tal manera que la corriente de soldadura es generada como impulso de corriente a través de una descarga de condensador.

Para la soldadura de piezas metálicas, en la mayoría de casos chapas de metal, en los llamados procesos de soldadura por puntos o proyección, es conocido comprimir las piezas a ser unidas entre dos electrodos de soldadura, utilizando unas pinzas de soldadura, movibles en el espacio por ejemplo a través de brazos de robot, o prensas estacionarias de soldadura, y alimentarlas a través de los puntos de contacto con una corriente de soldadura elevada. La corriente que fluye a través de las piezas provoca mediante el calentamiento por resistencia una fundición local de las piezas que son unidas, es decir unidas por soldadura, de esta manera en unión de materiales, después de un enfriamiento posterior. Para el procedimiento de soldadura, los electrodos son colocados a través de impulsos hidráulicos, neumáticos o servoeléctricos, con una fuerza determinada sobre las piezas. La soldadura empieza con un tiempo de retención en el cual se producen, aun sin el efecto de la corriente, contusiones mecánicas de posicionamiento y las piezas son prensadas sobre pasos de contacto reproducibles. Durante el tiempo de soldadura siguiente, la corriente de soldadura es introducida a través de los electrodos en las piezas a ser unidas, con la fuerza de soldadura que persiste, para unirlas por soldadura. En un tiempo de retención posterior se mantiene una fuerza de prensado con el fin de controlar el enfriamiento de la colada.

Para dicha soldadura por resistencia eléctrica se diferencian dos variantes principales en lo que se refiere a la generación de la corriente de soldadura, a saber, por una parte la soldadura por descarga de condensadores genérica, abreviada SDC, relevante aquí en el contexto de la presente Invención, y por otra parte el proceso de media frecuencia, abreviado MF. Ambos procesos presentan ventajas, pero también desventajas.

En los procedimientos convencionales de soldadura por resistencia, como en el proceso MF, la energía de soldadura necesaria es tomada de la red de suministro eléctrico, directamente durante el proceso de soldadura. A este efecto, la tensión de red alterna es rectificada, desacoplada, invertida por un inversor controlado en una tensión alterna con una frecuencia de por ejemplo 1 kHz y transformada en la corriente elevada requerida, en la proximidad inmediata de la soldadura, a través de un transformador de soldadura. En este caso es ventajoso que la corriente de soldadura puede ser regulada con parámetros variables. Sin embargo, la desventaja es que el empalme eléctrico y la red de alimentación deben presentar una configuración muy fuerte, a pesar del hecho que el propio proceso de soldadura dura como máximo sólo unos 100 ms. Por esta razón, en una red común, una pluralidad de máquinas de soldadura solamente puede ser activada con un desfase cronológico. Además se producen unos efectos retroactivos de red molestosos y por lo tanto unos llamados problemas de EMV (compatibilidad electromagnética) de modo que hacen falta unos filtros EMV costosos. De modo adicional, también el transformador de soldadura necesario implica unas desventajas, en particular un gasto considerable.

En lo que se refiere a la soldadura por descarga de condensadores, abreviada SDC, a modo de ejemplo se hace referencia a la publicación DE 10 2007 022 263 A1. El proceso SDC se caracteriza por otro tipo de suministro de energía y por tiempos de soldadura especialmente cortos. En el proceso SDC, la energía necesaria para la soldadura se toma de forma continua de la red de alimentación y se almacena de forma temporal en una memoria de condensadores. La memoria de condensadores puede componerse de varios condensadores individuales interconectados. Por lo tanto, la alimentación de los condensadores a partir de la red puede efectuarse también en los tiempos entre los propios procesos de soldadura, por ejemplo durante la extracción y el equipamiento de los componentes. De esta manera, la extracción de energía a partir de la red se reparte sobre un periodo mucho más largo, de manera que la conexión de red es cargada en menor medida y por lo tanto también puede estar configurada de forma más débil o reducida que en los procesos convencionales de soldadura por resistencia, previamente descritos. En los procesos de soldadura conocidos de SDC, para activar el proceso de soldadura, la memoria de condensadores es conmutada a través de un control de descarga formado por un conmutador de tiristor hacia un transformador de soldadura que, después, transforma la tensión de carga del condensador relativamente elevada de, por lo general, hasta 3.200 V a la respectiva tensión de soldadura, usualmente una tensión en vacío de por ejemplo menos de 22 V, y genera al mismo tiempo un impulso elevado de corriente de soldadura de por ejemplo hasta varios 100.000 A.

Ventajoso en este caso es que, durante el proceso de soldadura, la red de alimentación no es cargada de modo adicional, ya que la energía de soldadura es extraída solamente de la memoria de condensadores. Una ventaja adicional es que los condensadores, como fuente de energía, en el momento de soldadura presentan una resistencia interior particularmente baja. Gracias a esta resistencia interior baja, al principio de la soldadura, cuando el condensador aun está plenamente cargado, la corriente de soldadura a ser extraida está disponible de modo especialmente rápido y es particularmente elevada. Para la soldadura resultan de ello unas propiedades particulares: debido al tiempo reducido de flujo de corriente, el calor permanece concentrado en la zona de soldadura de los componentes, solamente poco calor fluye hacia el entorno. Gracias a ello, hace falta menos energía global que en los procedimientos "clásicos" de soldadura por resistencia, y la energía de soldadura puede ser adaptada de modo más preciso a la respectiva tarea de soldadura. Una desventaja, sin embargo, es que la descarga de condensador, después de activar el conmutador de tiristor, discurre sin reglas y sin poder ser influenciada; una influencia puede realizarse únicamente con anterioridad, por ejemplo a través de la altura de la tensión de carga. Además, debido a la altura de la tensión de carga y en particular debido al régimen de impulsos, se requiere un transformador de impulsos grande y costoso para aumentar la corriente.

En lo que se refiere a la carga de la memoria de condensadores, se conocen principalmente dos posibilidades. En una variante muy repandida, un controlador con tiristor es conectado con la red de alimentación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la soldadura por resistencia eléctrica de piezas metálicas, en el que dos electrodos de soldadura (2) son juntados el uno al otro, Intercalando los componentes a ser soldados, y una corriente de soldadura eléctrica es guiada por los electrodos (2) y a través de las piezas, en el que la corriente de soldadura es generada a partir de una memoria de condensadores (6) como impulso de corriente a través de la descarga de condensador, en el que una electrónica de potencia (12) realizada como convertidor reductor y destinada para el mando de la descarga de condensador y del impulso de corriente es activada con modulación de ancho de pulsos a través de un control PWM y el impulso de corriente puede ser ajustado de manera variable en lo que se refiere a sus parámetros, caracterizado por el hecho de que se utiliza como memoria de condensadores (6), una cascada de memorias (22) con varios supercondensadores (24) ¡nterconectados con una capacidad global en una gama comprendida de 1 a 1000 faradios, en el que la memoria de condensadores (6) es cargada a partir de una tensión alternativa de red (Un) mediante un bloque de alimentación controlable (32) con una tensión de carga (Ul) de un máximo de 120 voltios, en el que la energía que proviene de la memoria de condensadores (6) es conducida directamente, sin transformador de soldadura, a través de la electrónica de potencia (12) activada para la reducción de tensión y el aumento de la corriente, hacia los electrodos de soldadura (2).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado por el hecho de que la electrónica de potencia (12) es activada a través del mando PWM con una freuencia comprendida en una gama de 15 kHz a 250 kHz de manera cíclica con una relación cíclica variable.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,

caracterizado por el hecho de que al menos un condensador de circuito Intermedio (26) conectado en paralelo a la cascada de memorias (22) es utilizado.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado por el hecho de que la memoria de condensadores (6) es cargada a partir de una tensión alterna de red trifásica (Un).

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizado por el hecho de que el impulso de corriente es ajustado a través de la electrónica de potencia (12), en caso de una tensión en la gama de 1 a 5 voltios, a una Intensidad de corriente en la gama de 1 kA a 50 kA y una duración de impulsión en la gama de 10 ms a 1500 ms.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado por el hecho de que la electrónica de potencia (12) realizada como convertidor reductor polifásico es activada por activación desplazada en el tiempo de varias etapas de conversión (30a a 30d) paralelas.

7. Dispositivo de soldadura para la soldadura por resistencia eléctrica de piezas metálicas, con dos electrodos de soldadura (2) aptos a ser juntados el uno al otro, intercalando los componentes a ser soldados, y aptos a ser alimentados por una corriente de soldadura, y con una fuente de corriente (4) para la corriente de soldadura, en el que la corriente de soldadura (4) presenta una memoria de condensadores (6) y un mando de descarga (8) con una electrónica de potencia (12) de manera que la corriente de soldadura es generada como impulso de corriente a través de una descarga de condensador, en el que la electrónica de potencia (12) es realizada como convertidor reductor con una inductancia (16) y un transistor (18) conmutado corriente arriba, así como un circuito de marcha libre (20), en el que el transistor (18) es activado por una unidad de mando (14) de manera cíclica con modulación de ancho de pulsos, con una relación cíclica variable,

caracterizado por el hecho de que la memoria de condensadores (6) se compone de una cascada de memorias (22) con varios supercondensadores (24) ¡nterconectados con una capacidad global en la gama de 1 a 1000 faradios, en el que la memoria de condensadores (6) presenta una tensión de carga (UL) de un máximo de 120 voltios, y en el que el mando de descarga (8) es formado por una electrónica de potencia (12) conmutada directamente, sin transformador de soldadura, entre la memoria de condensadores (6) y los electrodos de soldadura (2), que puede ser activada a través de la unidad de mando (14) para reducir la tensión y para aumentar la corriente.

8. Dispositivo de soldadura de acuerdo con la reivindicación 7,

caracterizado por el hecho de que la electrónica de potencia (12) está realizada como convertidor reductor polifásico con vahas etapas de conversión (30a a 30d) paralelas, en el que cada una de las etapas de conversión (30a a 30d) paralelas presenta una inductancia (16) y un transistor (18) conmutado corriente arriba así como un circuito de marcha libre (20), y en el que los transistores (18) de las etapas de conversión (30a a 30d) Individuales son activados de manera sincronizada y con desfase cronológico por la unidad de mando (14) respectivamente de manera cíclica con modulación de ancho de pulsos con una relación cíclica variable.

9. Dispositivo de soldadura de acuerdo con la reivindicación 8,

caracterizado por el hecho de que el/cada circuito de marcha libre (20) del convertidor reductor o de cada etapa de conversión (30a a 30d) es formado por un diodo de marcha libre (DF) y/o un transistor (28) suplementario.

10. Dispositivo de soldadura de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 9,

caracterizado por el hecho de que por lo menos un condensador de circuito intermedio (26) está conmutado en paralelo a la cascada de memorias (22).

11. Dispositivo de soldadura de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 10,

caracterizado por el hecho de que un bloque de alimentación (32) reglable está conmutado corriente arriba de la memoria de condensadores (6).