BRPI0617201A2

BRPI0617201A2 - processo para a produção de uma união soldada entre condutores elétricos por meio de um processo de soldagem a ultra-som

Info

Publication number: BRPI0617201A2
Application number: BRPI0617201-6A
Authority: BR
Inventors: Dieter Stroh
Original assignee: Schunk Ultraschalltechnik Gmbh
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2006-10-07
Publication date: 2011-07-19
Also published as: CN101282815B; JP2009512124A; KR101394099B1; US8047420B2; PL1960151T3; DE102005048368B3; JP5291465B2; KR20080072821A; CN101282815A; EP1960151B1; EP1960151A1; WO2007042235A1; US20080265004A1; BRPI0617201B1

Abstract

<B>PROCESSO PARA A PRODUçãO DE UMA UNIãO SOLDADA ENTRE CONDUTORES ELéTRICOS POR MEIO DE UM PROCESSO DE SOLDAGEM A ULTRA-SOM.<D> A presente invenção refere-se a um processo para produção de ao menos uma união soldada entre ao menos um primeiro condutor (16) elétrico e ao menos um segundo condutor (20, 24) elétrico, em que os condutores são introduzidos em um compartimento de compressão envolto por elementos de limitação ajustáveis relativamente entre si e soldados no mesmo por sonotrodo deslocado em vibração de ultra-som, formando um dos elementos de limitação, de um dispositivo de solda a ultra-som, caracterizado pelo fato de que o primeiro condutor no compartimento de compressão é soldado sucessivamente dois ou vários segundos condutores. Para que na extensão desejada um primeiro condutor (16) possa ser conectado com segundos condutores (20, 24) por meio de soldagem a ultra-som, sendo que a seção transversal total dos segundos condutores a serem unidos com o primeiro condutor eventualmente deva ser eventualmente maior do que aquela com a qual possam ser usualmente soldados condutores com o dispositivo de soldagem a ultra-som empregado, propõe que o primeiro condutor seja soldado no compartimento de compressão sucessivamente com dois ou mais segundos condutores.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA A PRODUÇÃO DE UMA UNIÃO SOLDADA ENTRE CONDUTORESELÉTRICOS POR MEIO DE UM PROCESSO DE SOLDAGEM A ULTRA-SOM".

A presente invenção refere-se a um processo para produção deao menos uma união soldada entre ao menos um primeiro condutor elétrico,como suporte plano rígido, e ao menos um segundo condutor elétrico, comocordão, sendo que os condutores são introduzidos em um compartimento decompressão envolto por elementos de limitação ajustáveis relativamente en-tre si e soldados no mesmo por sonotrodo deslocado em vibração de ultra-som, formando um dos elementos de limitação, de um dispositivo de solda aultra-som.

Para soldar sobre um suporte cordões por meio de ultra-som,segundo a DE-C-34 37 749 é previsto que os mordentes limitando Iateral-mente um compartimento de compressão sejam deslocáveis ao longo dosuporte, sendo que a distância interna dos mordentes é alinhada à largurade um segmento de um sonotrodo de estrela imergindo no compartimento decompressão. O próprio suporte está apoiado sobre um contra-eletrodo -também chamado de bigorna.

Da DE-Z.: "A Biblioteca da Técnica", volume 108: Soldagem deMetal a Ultra-Som, Verlag Moderne Industrie, 86895 Landsberg, 1995, pági-na 43, se pode depreender uma soldagem entre um terminal de cabos apre-sentando uma geometria em forma de U e condutores elétricos. Para tantosão usados dispositivos de soldagem a ultra-som, em que em um comparti-mento de compressão os condutores elétricos a serem soldados são intro-duzidos, o qual de maneira conhecida é limitado por segmentos de um sono-trodo e uma bigorna bem como mordentes deslocáveis lateralmente aosmesmos.

Da WO-A-95/10866 é conhecido um processo para compacta-ção e subseqüente soldagem de condutores elétricos, especialmente cor-dões, por meio de ultra-som em um compartimento de compressão adaptadoao condutor, ajustável em altura - largura, sendo que os condutores a seremsoldados são inicialmente compactados e depois soldados. O compartimentode compressão é então ajustável, independentemente da seção transversaldos condutores a serem soldados, para uma relação altura-largura prede-terminada.

Da EP-B-O 143 936 ou da DE-A-37 19 083 podem ser depreen-didos igualmente compartimentos de compressão ajustáveis em altura e lar-gura de dispositivos de soldagem a ultra-som.

As potências dos dispositivos de soldagem a ultra-som respecti-vamente empregados são projetadas para as máximas seções transversaisdos condutores a serem soldados. Devendo, usualmente, ser unidas, porexemplo, linhas de controle com uma peça de conexão - também chamadade terminal -, então o dispositivo de soldagem a ultra-som empregado é pro-jetado, em potência, para a seção transversal das linhas de controle a seremsoldadas. Devendo, adicionalmente, ser conectada uma linha de massa, en-tão esta é unida com o terminal em técnica convencional por aparafusamen-to ou encaixe. A desvantagem de uma correspondente união é que podemocorrer resistências de passagem, que podem perturbar os sinais nas linhasde controle.

Mas mesmo quando a potência do dispositivo de soldagem aultra-som seja suficiente para soldar em uma peça de união, por exemplo,uma linha de massa ou uma linha de bateria juntamente com uma linha decontrole, resultam em desvantagens no sentido de que não é possível ummonitoramento do processo suficientemente bom, pois as tolerâncias, quesão admissíveis quando da soldagem de condutores de grandes seçõestransversais, freqüentemente são maiores do que as seções transversaisdas linhas de controle, de modo que por conseguinte podem ocorrer erros decombinação, que não sejam verificáveis no âmbito do monitoramento deprocesso.

A presente invenção tem por objetivo aperfeiçoar de tal maneiraum processo do tipo mencionado no início que na extensão desejada umprimeiro condutor possa ser conectado com segundos condutores por meiode soldagem a ultra-som, sendo que a seção transversal total dos segundoscondutores elétricos a serem unidos com o primeiro condutor elétrico even-tualmente deve ser eventualmente maior do que aquela com a qual possamser usualmente soldados condutores com o dispositivo de soldagem a ultra-som empregado. Também deve haver a possibilidade de se conectar umprimeiro condutor com segundos condutores de seções transversais grandese pequenas com segurança processual, de modo que não ocorram resistên-cias de contato especialmente indesejadas.

De acordo com a invenção, o objetivo é essencialmente alcan-çado pelo fato de que o primeiro condutor é soldado no compartimento decompressão sucessivamente com dois ou vários segundos condutores.

Segundo a invenção, é criada a possibilidade de se soldar umprimeiro condutor com segundos condutores de uma seção transversal total,que seja maior do que usualmente podem ser soldadas em uma operaçãode soldagem seções transversais de condutor com o dispositivo de solda-gem a ultra-som empregado. Além disso, devido ao ensinamento de acordocom a invenção, é garantido que com um primeiro condutor possam ser sol-dados segundos condutores de seções transversais grandes e pequenascom segurança processual, pois os segundos condutores de seções trans-versais grandes não são soldados simultaneamente com os condutores depequenas seções transversais, de modo que possa haver um bom monito-ramento do processo. Graças a essas medidas, é dada a possibilidade desoldar na extensão desejada os segundos condutores com o primeiro condu-tor, sem que deva ocorrer uma troca do dispositivo de soldagem a ultra-som.Podem ser empregados dispositivos de soldagem a ultra-som, que sejamprojetados em potência aos respectivamente segundos condutores de má-xima seção transversal individuais, a serem conectados com o primeiro con-dutor, sendo que pode ocorrer um monitoramento de processo individual sobconsideração das respectivas seções transversais de condutor.

É vantajoso então especialmente o processo quando, adicional-mente a uniões existentes entre primeiros e segundos condutores, um outrosegundo condutor deva ser conectado, sem que se tenha de recorrer aostipos de união convencionais como aparafusamento ou encaixe. Assim égarantida uma união segura e bem condutora, de modo que não ocorremindesejadas resistências de contato, que possam levar a perturbações. Porconseguinte, pode haver uma união sem problemas de linhas de controle ecabo de massa ou bateria com uma peça de união, como ocorre no cabea-mento especialmente na técnica automobilística.

De preferência é previsto que, nas operações de soldagem su-cessivas, o primeiro condutor seja deslocado relativamente ao compartimen-to de compressão. De preferência, o primeiro condutor é deslocado para ocompartimento de compressão. Mas também há a possibilidade de deslocaro dispositivo de soldagem a ultra-som, isto é, o compartimento de compres-são ao longo do primeiro condutor, para então soldar sucessivamente ossegundos condutores com o primeiro condutor.

Na medida em que o compartimento de compressão é ajustávelem seção transversal na extensão requerida, há a possibilidade de que ossegundos condutores sejam soldados uns sobre os outros no primeiro con-dutor. Também nessa medida ocorre uma soldagem sucessiva, na medidaem que inicialmente um segundo condutor é soldado com o primeiro condu-tor e então um outro segundo condutor é soldado no segundo condutor sol-dado com o primeiro condutor e assim por diante. Mas também é possíveluma soldagem simultânea de vários segundos condutores com um primeirocondutor, sendo que um outro segundo condutor é soldado com o primeirocondutor em um processo de soldagem separado.

De preferenciamos segundos condutores estão soldados com oprimeiro condutor e/ou grupos de segundos condutores em regiões mutua-mente distanciadas. Há então a possibilidade de que o primeiro condutorconsista em segmentos distanciados entre si por estágios, sendo que sobreos segmentos se estendendo ao longo da direção longitudinal do primeirocondutor são soldados os segundos condutores.

Ocorrendo a soldagem dos segundos condutores sobre o primei-ro condutor de preferência em regiões mutuamente distanciadas em sua di-reção longitudinal, então há também a possibilidade de que dois segundoscondutores sejam soldados lado a lado em uma região sobre o mesmo seestendendo perpendicularmente ao eixo longitudinal do primeiro condutor.

A soldagem de segundos condutores sobre o primeiro condutorsobre lados contrapostos do mesmo é igualmente possível.

Como um primeiro condutor podem ser soldados um cabo demassa ou cabo de bateria e como um segundo segundo condutor uma linhade controle com o primeiro condutor.

Por conseguinte, o dispositivo de soldagem a ultra-som pode serde tal maneira projetado em termos de potência que os segundos conduto-res a serem soldados com o primeiro soldado sejam no total insoldáveis emuma operação de soldagem.

Pela soldagem sucessiva de segundos condutores com o primei-ro condutor resulta ainda a vantagem de que os segundos condutores a se-rem respectivamente soldados em uma operação de soldagem com o pri-meiro condutor seriam conectados de modo processualmente seguro, pois,por exemplo, linhas de massa ou de bateria, que podem apresentar umaseção transversal entre 6 e 35 mm2 ou 16 e 70 mm2, seriam simultaneamen-te soldadas com linhas de controle, que podem apresentar uma seção trans-versal entre 0,22 e 6 mm2, as tolerâncias a serem consideradas relativamen-te às linhas de massa ou bateria cobririam uma soldagem defeituosa com aslinhas de controle, de modo que poderiam ocorrer soldagens defeituosassem que isso fosse verificável.

Ademais, a invenção prevê que com o uso de um primeiro con-dutor com segmentos de retenção partindo do mesmo, como aletas de gram-pos, durante ou depois da soldagem do último segundo condutor com o pri-meiro condutor os segmentos de retenção com excitação a ultra-som do so-notrodo na direção dos segundos condutores para fixação dos mesmos sãoarqueados.

Há também a possibilidade de envolver a região de solda depoisdo término da soldagem com um tubo flexível retrátil como isolamento oucomo isolamento e estabilização mecânica.

Segundo a invenção é proporcionada a possibilidade de soldarum primeiro condutor com vários segundos condutores, sem que ocorramindesejadas resistências de contato, sendo que a seção transversal total dossegundos condutores é maior do que usualmente são soldáveis com o dis-positivo de soldagem a ultra-som empregado. Seções transversais grandese pequenas podem ser processadas sem problemas por regiões de soldaescalonadas com ótimos parâmetros de soldagem.

Outros detalhes, vantagens e características da invenção se de-preendem não apenas das reivindicações, das características resultantesdas mesmas - isoladamente e/ou em combinação -, mas sim também dadescrição a seguir de exemplos de execução preferidos a serem vistos nodesenho.

Mostram:

figura 1 - uma representação de princípio de uma disposição desoldagem a ultra-som,

figura 2 - um recorte de um dispositivo de soldagem a ultra-som com primeiros e segundos condutores a serem soldados,

figura 3 - o primeiro condutor soldado com o segundo condutor,

figura 4 - um recorte do dispositivo de soldagem a ultra-som se-gundo a figura 2 antes da soldagem do primeiro condutor com um outro se-gundo condutor,

figura 5 - o primeiro condutor soldado com dois segundos condu-tores,

figura 6 - uma representação em perspectiva do primeiro condu-tor a ser depreendido das figuras 2 a 4,

figura 7 - uma vista do alto do segundo condutor segundo a figu-ra 6,

figura 8 - uma vista lateral do segundo condutor segundo as figu-ras 6 e 7,

figura 9 - uma vista do alto de uma outra forma de execução deum segundo condutor,

figura 10 - o primeiro condutor segundo a figura 9, que está sol-dado com dois segundos condutores,

figura 11 - os primeiros e segundos condutores segundo a figura10 em vista lateral,

figura 12 - uma outra forma de execução de um primeiro condutor,figura 13 - o primeiro condutor segundo a figura 12 em vista lateral,figura 14 - o primeiro condutor segundo as figuras 12 e 13 emvista do alto,

figura 15 - uma outra forma de execução de um primeiro condu-tor, que está soldado com dois segundos condutores, e

figura 16 - o primeiro condutor soldado com os segundos condu-tores, segundo a figura 15, em vista lateral.

Na figura 1 está representa meramente em princípio uma dispo-sição, com a qual em correspondência às explicações a seguir um suporteplano rígido é soldado como primeiro condutor com cordões como cabos oulindas como segundo condutor elétrico por meio de ultra-som. A disposiçãoabrange um dispositivo ou máquina de soldagem a ultra-som 110, que a-brange de maneira usual um conversor 112, eventualmente um "booster"114 bem como um sonotrodo 116. Ao sonotrodo 116 ou a uma área domesmo estão associados um contra-eletrodo 118 em várias partes - tambémchamado de bigorna - bem como um cursor 120, como se pode depreenderda DE-C-37 19 083 ou da WO-A-95/10866, a cuja descrição se remete ex-pressamente. O sonotrodo 116 ou sua área, o contra-eletrodo 118 bem co-mo o cursor 120 delimitam um compartimento de compressão ajustável emseção transversal, em que são introduzidos os primeiros e segundos condu-tores soldados.

O conversor 112 está unido através de uma linha 122 com umgerador 124, que por seu lado conduz através de uma linha 126 a um PC128, pelo qual é feito um controle dos processos de soldagem e nos quaispodem ser alimentados parâmetros de soldagem ou seção transversal oulargura dos primeiros e segundos condutores elétricos ou dos quais podemser consultados valores correspondentemente armazenados.

De acordo com a invenção, é utilizado um correspondente dis-positivo de soldagem a ultra-som, cuja potência é projetada para uma seçãode condutores, que é menor do que a seção transversal total dos segundoscondutores a serem soldados sobre o primeiro condutor pelo ensinamentode acordo com a invenção. Para tanto, segundo a invenção, com um primei-ro condutor são sucessivamente soldados vários segundos condutores. De-vido ao fato de que os segundos condutores são soldados sucessivamentecom o primeiro condutor, cada segundo condutor apresenta respectivamentepor si só, no entanto, uma seção transversal máxima, que é soldável segun-do a potência pelo dispositivo de soldagem a ultra-som, resulta em uma uni-ão soldada total que garante uma união segura entre os primeiros e segun-dos condutores com minimização da resistência de contato.

Na figura 2 se pode ver um recorte do dispositivo de soldagem aultra-som a ser depreendido da figura 1, sendo que o compartimento decompressão 10 é envolto por um segmento do sonotrodo 116, pelo contra-eletrodo 118 bipartido bem como pelo cursor lateral 120. A bigorna 118 bi-partida consiste então em um suporte 12 deslocável ao longo do sonotrodo116 e de uma cruzeta 14 deslocável paralelamente à área de limitação for-mada pelo sonotrodo 116.

No compartimento de compressão 10 aberto é introduzido inici-almente um primeiro condutor 16 com um segmento 18 exterior. O primeirocondutor 16 é designado, em seguida, para efeito de simplificação, comosuporte ou peça de contato. Sobre o segmento 18 do suporte 16 é entãoposicionada a extremidade isolada de um cordão 20 como segundo condutorelétrico. O compartimento de compressão 10 é então fechado e a bigorna118 deslocada na direção do sonotrodo 116 (seta 22), para exercer a pres-são requerida sobre as partes a serem soldadas, portanto o suporte 16 e ocordão 20. Simultaneamente, o sonotrodo 116 é em vibrações de ultra-som,para executar a operação de soldagem requerida. Depois da soldagem, ocompartimento de compressão 10 é aberto e se obtém uma união entre osuporte 16 e o cordão 20, a saber no segmento 18 do suporte 16, como sepode depreender da figura 3. O suporte 16 é então de tal maneira deslocadopara com o compartimento de compressão 10 que o segmento 22 distancia-do do segmento 18 por um degrau se encontra no compartimento de com-pressão 10. O segmento 22 se estende então paralelamente ao segmento18 exterior. Após posicionamento do segmento 22 do suporte 16 no compar-timento de compressão 10, no exemplo de execução um grupo de cordões24 como segundo condutor elétrico é posicionado no segmento 22, para e-xecução de uma soldagem da maneira previamente descrita. Como resulta-do se obtém uma parte de solda, que pode ser vista na figura 5. Assim o su-porte 16 em seus segmentos 18, 22 fica soldado respectivamente com umsegundo condutor elétrico ou um grupo de segundos condutores elétricos, asaber, com o cordão 20 e o grupo de cordões 24. A seção transversal totaldos segundos condutores elétricos pode então ser maior do que usualmentecondutores elétricos podem ser soldados com dispositivo a ultra-som.

Dispositivos de ultra-som com uma potência de até 3kW possibi-litam,, por exemplo,, a soldagem de cordões com uma seção transversal to-tal de 35 mm2. Com base no ensinamento segundo a invenção, com o pri-meiro condutor podem ser soldados segundos condutores, que apresentemno total uma seção transversal maior. Condição básica para isso é, no en-tanto, que em cada operação de soldagem com o primeiro condutor sejamsoldados segundos condutores com uma seção transversal máxima, queseja igual ou menor do que 35 mm2, desde que se tome por base os valoresanteriormente indicados.

É vantagem do processo de acordo com a invenção também quecom o primeiro condutor seja soldados sucessivamente segundos conduto-res de distintas seções transversais, de modo que para as seções transver-sais de condutor a serem respectivamente soldadas possa haver um ótimomonitoramento do processo.

O suporte ou a peça de contato 16 está novamente representa-da na figura 6 em representação em perspectiva. Vêem-se o segmento 26dianteiro, executado como ilhós, a ser unido com uma conexão, bem comoos segmentos 18, 22 se estendendo em planos paralelos àquele. O mesmose depreende das representações das figura 7 e 8. Adicionalmente ao seg-mento 26 executado como ilhós pode ser soldado um outro segundo condu-tor elétrico.

Nas figuras 9 a 11 está representada uma variante de uma peçade contato correspondente e provida da referência 28. O suporte ou a peçade contato 28 se distingue do suporte 16 na medida em que os segmentos34, 36 a serem soldados com cordões 30, 32 não apenas estão distanciadosentre si por estágios, mas sim também apresentam larguras distintas. Noexemplo de execução, o segmento 36 exterior é mais estreito do que o seg-mento 38 médio, que por sua vez é mais estreito do que o segmento diantei-ro ou de ilhós 40.

Uma peça de contato 42 vista nas figuras 12 a 14 como primeirocondutor elétrico apresenta no lado extremo assim chamadas aletas de re-tenção ou garras 44, 46, que depois da soldagem dos segundos condutoreselétricos com o suporte 42 são curvadas na direção dos segundos conduto-res soldados por meio de ultra-som, para possibilitar uma fixação mecânicaadicional. Ademais, há a possibilidade de que pelo ponto de solda seja enfi-ado um tubo flexível retrátil, para se obter um isolamento que proporcioneuma resistência mecânica adicional.

Estando nos exemplos de execução anteriormente explicadosum primeiro condutor elétrico como peça de contato, suporte ou terminalrespectivamente unido apenas de um lado com vários segundos condutoreselétricos, então há a possibilidade de que segundos condutores elétricossejam soldados em lados contrapostos do primeiro condutor elétrico, sendoque os segundos condutores elétricos foram soldados sucessivamente como primeiro condutor elétrico em correspondência ao ensinamento de acordocom a invenção. Vê-se assim nas figuras 15 e 16 que uma peça de contato48 como primeiro condutor elétrico está unido em seus lados contrapostosrespectivamente com um segundo condutor 50, 52 elétrico, que por seu ladopodem consistir em dois ou vários cordões soldados entre si.

Claims

1. Processo para produção de ao menos uma união soldada en-tre ao menos um primeiro condutor elétrico, como suporte plano rígido, e aomenos um segundo condutor elétrico, como cordão, sendo que os conduto-res são introduzidos em um compartimento de compressão envolto por ele-mentos de limitação ajustáveis relativamente entre si e soldados no mesmopor sonotrodo deslocado em vibração de ultra-som, formando um dos ele-mentos de limitação, de um dispositivo de solda a ultra-som, caracterizadopelo fato de que o primeiro condutor no compartimento de compressão ésoldado sucessivamente com dois ou vários segundos condutores.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que nas operações de soldagem sucessivas o primeiro condutor édeslocado relativamente ao compartimento de compressão.

3. Processo de acordo com reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que o primeiro condutor é deslocado para o compartimento decompressão.

4. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que com o primeiro condutor sãosoldados segundos condutores de seções transversais iguais e/ou desiguais.

5. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que segundos condutores são sol-dados sucessivamente sobre o primeiro condutor.

6. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que os segundos condutores sãosoldados com o primeiro condutor em regiões mutuamente distanciadas.

7. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que os segundos condutores sãosoldados em regiões do primeiro condutor, que se estendem em planos di-vergentes entre si.

8. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que os segundos condutores sãosoldados em regiões do primeiro condutor, que se estendem em planos mutuamente distanciados θ paralelos entre si.

9. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que são soldados com o primeirocondutor como um primeiro segundo condutor um cabo de massa ou umcabo de bateria e como um segundo segundo condutor uma linha de controle.

10. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que ao menos dois segundos condu-tores são soldados lado a lado em uma região se estendendo transversal-mente ao eixo longitudinal do primeiro condutor.

11. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que com o primeiro condutor sãosoldados sucessivamente um grupo de segundos condutores e um segundocondutor ou um grupo de segundos condutores.

12. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, sendo que do primeiro condutor partem segmentos de reten-ção como aletas de garras, caracterizado pelo fato de que durante ou após asoldagem do último segundo condutor com o primeiro condutor os segmen-tos de retenção com excitação a ultra-som do sonotrodo são curvados nadireção dos segundos condutores para sua fixação.

13. Processo de acordo com ao menos uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de soldagem a ul-tra-som é de tal maneira projetado em potência que segundos condutores aserem soldados com o primeiro condutor são totalmente não soldáveis emuma operação de soldagem ou não são soldáveis com segurança processual.