BRPI0617201B1 - Processo para a produção de ao menos uma união soldada entre condutores elétricos por meio de um processo de soldagem a ultrassom - Google Patents

Processo para a produção de ao menos uma união soldada entre condutores elétricos por meio de um processo de soldagem a ultrassom Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE AO MENOS UMA UNIÃO SOLDADA ENTRE CONDUTORES ELÉTRICOS POR MEIO DE UM PROCESSO DE SOLDA-GEM A ULTRASSOM”. A presente invenção refere-se a um processo para produção de ao menos uma união soldada entre ao menos um suporte plano rígido como primeiro condutor elétrico, e ao menos um segundo condutor elétrico, como cordão, sendo 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 ultras-som, formando um dos elementos de limitação, de um dispositivo de solda a ultrassom.
Para soldar sobre um suporte cordões por meio de ultrassom, segundo a DE-C-34 37 749 é previsto que os mordentes limitando lateralmente um compartimento de compressão sejam deslocáveis ao longo do suporte, sendo que a distância interna dos mordentes é alinhada à largura de um segmento de um sonotrodo de estrela imergindo no compartimento de compressão. O próprio suporte está apoiado sobre um contra-eletrodo -também chamado de bigorna.
Da DE-Z.: ”A Biblioteca da Técnica", volume 108: Soldagem de Metal a Ultrassom, Verlag Moderne Industrie, 86895 Landsberg, 1995, página 43, se pode depreender uma soldagem entre um terminal de cabos apresentando uma geometria em forma de U e condutores elétricos. Para tanto são usados dispositivos de soldagem a ultrassom, em que em um compartimento de compressão os condutores a serem soldados são introduzidos, o qual de maneira conhecida é limitado por segmentos de um sonotrodo e uma bigorna bem como mordentes deslocáveis lateralmente aos mesmos.
Da DE-A-199 06 088 é conhecido um cabo de conexão de batería, que abrange uma fase de uma pluralidade de arames finos, sendo que à respectiva extremidade da fase está soldada uma peça de contato. Para tanto, a respectiva extremidade e uma das peças de contato é introduzida em um compartimento de compressão ajustável em seção transversal de um dispositivo de soldagem a ultrassom.
Da WO-A-95/10866 é conhecido um processo para compactação e subsequente soldagem de condutores elétricos, especialmente cordões, por meio de ultrassom em um compartimento de compressão adaptado ao condutor, ajustável em altura - largura, sendo que os condutores a serem soldados são inicialmente compactados e depois soldados. O compartimento de compressão é então ajustável, independentemente da seção transversal dos condutores a serem soldados, para uma relação altura-largura predeterminada.
Da EP-B-0 143 936 ou da DE-A-37 19 083 podem ser depreendidos igualmente compartimentos de compressão ajustáveis em altura e largura de dispositivos de soldagem a ultrassom.
As potências dos dispositivos de soldagem a ultrassom respectivamente empregados são projetadas para as máximas seções transversais dos condutores a serem soldados. Devendo, usualmente, ser unidas, por exemplo, linhas de controle com uma peça de conexão - também chamada de terminal -, então o dispositivo de soldagem a ultrassom empregado é projetado, em potência, para a seção transversal das linhas de controle a serem soldadas. Devendo, adicionalmente, ser conectada uma linha de massa, então esta é unida com o terminal em técnica convencional por aparafusamen-to ou encaixe. A desvantagem de uma correspondente união é que podem ocorrer resistências de passagem, que podem perturbar os sinais nas linhas de controle.
Mas mesmo quando a potência do dispositivo de soldagem a ultrassom seja suficiente para soldar em uma peça de união, por exemplo, uma linha de massa ou uma linha de batería juntamente com uma linha de controle, resultam em desvantagens no sentido de que não é possível um monitoramento do processo suficientemente bom, pois as tolerâncias, que são admissíveis quando da soldagem de condutores de grandes seções transversais, frequentemente são maiores do que as seções transversais das linhas de controle, de modo que por conseguinte podem ocorrer erros de combinação, que não sejam verificáveis no âmbito do monitoramento de processo. A presente invenção tem por objetivo aperfeiçoar de tal maneira um processo do tipo mencionado no início que na extensão desejada um primeiro condutor possa ser conectado com segundos condutores por meio de soldagem a ultrassom, sendo que a seção transversal total dos segundos condutores elétricos a serem unidos com o primeiro condutor elétrico eventualmente deve ser eventualmente maior do que aquela com a qual possam ser usualmente soldados condutores com o dispositivo de soldagem a ultrassom empregado. Também deve haver a possibilidade de se conectar um primeiro condutor com segundos condutores de seções transversais grandes e pequenas com segurança processual, de modo que não ocorram resistências de contato especialmente indesejadas.
De acordo com a invenção, o objetivo é essencialmente alcançado pelo fato de que o primeiro condutor é soldado no compartimento de compressão sucessivamente com dois ou vários segundos condutores.
Segundo a invenção, é criada a possibilidade de se soldar um primeiro condutor com segundos condutores de uma seção transversal total, que seja maior do que usualmente podem ser soldadas em uma operação de soldagem seções transversais de condutor com o dispositivo de soldagem a ultrassom empregado. Além disso, devido ao ensinamento de acordo com a invenção, é garantido que com um primeiro condutor possam ser soldados segundos condutores de seções transversais grandes e pequenas com segurança processual, pois os segundos condutores de seções transversais grandes não são soldados simultaneamente com os condutores de pequenas seções transversais, de modo que possa haver um bom monitoramento do processo. Graças a essas medidas, é dada a possibilidade de soldar na extensão desejada os segundos condutores com o primeiro condutor, sem que deva ocorrer uma troca do dispositivo de soldagem a ultrassom. Podem ser empregados dispositivos de soldagem a ultrassom, que sejam projetados em potência aos respectivamente segundos condutores de máxima seção transversal individuais, a serem conectados com o primeiro condutor, sendo que pode ocorrer um monitoramento de processo individual sob consideração das respectivas seções transversais de condutor. É vantajoso então especialmente o processo quando, adicionalmente a uniões existentes entre primeiros e segundos condutores, um outro segundo condutor deva ser conectado, sem que se tenha de recorrer aos tipos de união convencionais como aparafusamento ou encaixe. Assim é garantida uma união segura e bem condutora, de modo que não ocorrem indesejadas resistências de contato, que possam levar a perturbações. Por conseguinte, pode haver uma união sem problemas de linhas de controle e cabo 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 sucessivas, o primeiro condutor seja deslocado relativamente ao compartimento de compressão. De preferência, o primeiro condutor é deslocado para o compartimento de compressão. Mas também há a possibilidade de deslocar o dispositivo de soldagem a ultrassom, isto é, o compartimento de compressão ao longo do primeiro condutor, para então soldar sucessivamente os segundos condutores com o primeiro condutor.
Na medida em que o compartimento de compressão é ajustável em seção transversal na extensão requerida, há a possibilidade de que os segundos condutores sejam soldados uns sobre os outros no primeiro condutor. Também nessa medida ocorre uma soldagem sucessiva, na medida em que inicialmente um segundo condutor é soldado com o primeiro condutor e então um outro segundo condutor é soldado no segundo condutor soldado com o primeiro condutor e assim por diante. Mas também é possível uma soldagem simultânea de vários segundos condutores com um primeiro condutor, sendo que um outro segundo condutor é soldado com o primeiro condutor em um processo de soldagem separado.
De preferência, os segundos condutores estão soldados com o primeiro condutor e/ou grupos de segundos condutores em regiões mutuamente distanciadas. Há então a possibilidade de que o primeiro condutor consista em segmentos distanciados entre si por estágios, sendo que sobre os segmentos se estendendo ao longo da direção longitudinal do primeiro condutor são soldados os segundos condutores.
Ocorrendo a soldagem dos segundos condutores sobre o primeiro condutor de preferência em regiões mutuamente distanciadas em sua direção longitudinal, então há também a possibilidade de que dois segundos condutores sejam soldados lado a lado em uma região sobre o mesmo se estendendo perpendicularmente ao eixo longitudinal do primeiro condutor. A soldagem de segundos condutores sobre o primeiro condutor sobre lados contrapostos do mesmo é igualmente possível.
Como um primeiro condutor podem ser soldados um cabo de massa ou cabo de bateria e como um segundo segundo condutor uma linha de controle com o primeiro condutor.
Por conseguinte, o dispositivo de soldagem a ultrassom pode ser de tal maneira projetado em termos de potência que os segundos condutores a serem soldados com o primeiro soldado sejam no total insoldáveis em uma operação de soldagem.
Pela soldagem sucessiva de segundos condutores com o primeiro condutor resulta ainda a vantagem de que os segundos condutores a serem respectivamente soldados em uma operação de soldagem com o primeiro condutor seriam conectados de modo processual mente seguro, pois, por exemplo, linhas de massa ou de bateria, que podem apresentar uma seção transversal entre 6 e 35 mm2 ou 16 e 70 mm2, seriam simultaneamente soldadas com linhas de controle, que podem apresentar uma seção transversal entre 0,22 e 6 mm2, as tolerâncias a serem consideradas relativamente às linhas de massa ou bateria cobriríam uma soldagem defeituosa com as linhas de controle, de modo que poderíam ocorrer soldagens defeituosas sem que isso fosse verificável.
Ademais, a invenção prevê que com o uso de um primeiro condutor com segmentos de retenção partindo do mesmo, como aletas de grampos, durante ou depois da soldagem do último segundo condutor com o primeiro condutor os segmentos de retenção com excitação a ultrassom do sonotrodo na direção dos segundos condutores para fixação dos mesmos são arqueados. Há também a possibilidade de envolver a região de solda depois do término da soldagem com um tubo flexível retrátil como isolamento ou como isolamento e estabilização mecânica.
Segundo a invenção é proporcionada a possibilidade de soldar um primeiro condutor com vários segundos condutores, sem que ocorram indesejadas resistências de contato, sendo que a seção transversal total dos segundos condutores é maior do que usualmente são soldáveis com o dispositivo de soldagem a ultrassom empregado. Seções transversais grandes e pequenas podem ser processadas sem problemas por regiões de solda escalonadas com ótimos parâmetros de soldagem.
Outros detalhes, vantagens e características da invenção se depreendem não apenas das reivindicações, das características resultantes das mesmas - isoladamente e/ou em combinação -, mas sim também da descrição a seguir de exemplos de execução preferidos a serem vistos no desenho.
Mostram: figura 1 - uma representação de princípio de uma disposição de soldagem a ultrassom, figura 2 - um recorte de um dispositivo de soldagem a ultrassom 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 ultrassom segundo a figura 2 antes da soldagem do primeiro condutor com um outro segundo condutor, figura 5 - o primeiro condutor soldado com dois segundos condutores, figura 6 - uma representação em perspectiva do primeiro condutor a ser depreendido das figuras 2 a 4, figura 7 - uma vista do alto do segundo condutor segundo a figura 6, figura 8 - uma vista lateral do segundo condutor segundo as figuras 6 e 7, figura 9 - uma vista do alto de uma outra forma de execução de um segundo condutor, figura 10 - o primeiro condutor segundo a figura 9, que está soldado com dois segundos condutores, figura 11 - os primeiros e segundos condutores segundo a figura 10 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 em vista do alto, figura 15 - uma outra forma de execução de um primeiro condutor, que está soldado com dois segundos condutores, e figura 16 - o primeiro condutor soldado com os segundos condutores, segundo a figura 15, em vista lateral.
Na figura 1 está representa meramente em princípio uma disposição, com a qual em correspondência às explicações a seguir um suporte plano rígido é soldado como primeiro condutor com cordões como cabos ou linhas como segundo condutor elétrico por meio de ultrassom. A disposição abrange um dispositivo ou máquina de soldagem a ultrassom 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 do mesmo estão associados um contra-eletrodo 118 em várias partes - também chamado de bigorna - bem como um cursor 120, como se pode depreender da DE-C-37 19 083 ou da WO-A-95/10866, a cuja descrição se remete expressamente. O sonotrodo 116 ou sua área, o contra-eletrodo 118 bem como o cursor 120 delimitam um compartimento de compressão ajustável em seção transversal, em que são introduzidos os primeiros e segundos condutores soldados. O conversor 112 está unido através de uma linha 122 com um gerador 124, que por seu lado conduz através de uma linha 126 a um PC 128, pelo qual é feito um controle dos processos de soldagem e nos quais podem ser alimentados parâmetros de soldagem ou seção transversal ou largura dos primeiros e segundos condutores elétricos ou dos quais podem ser consultados valores correspondentemente armazenados.
De acordo com a invenção, é utilizado um correspondente dispositivo de soldagem a ultrassom, cuja potência é projetada para uma seção de condutores, que é menor do que a seção transversal total dos segundos condutores a serem soldados sobre o primeiro condutor pelo ensinamento de acordo com a invenção. Para tanto, segundo a invenção, com um primeiro condutor são sucessivamente soldados vários segundos condutores. Devido ao fato de que os segundos condutores são soldados sucessivamente com o primeiro condutor, cada segundo condutor apresenta respectivamente por si só, no entanto, uma seção transversal máxima, que é soldável segundo a potência pelo dispositivo de soldagem a ultrassom, resulta em uma união soldada total que garante uma união segura entre os primeiros e segundos condutores com minimização da resistência de contato.
Na figura 2 se pode ver um recorte do dispositivo de soldagem a ultrassom a ser depreendido da figura 1, sendo que o compartimento de compressão 10 é envolto por um segmento do sonotrodo 116, pelo contra-eletrodo 118 bipartido bem como pelo cursor lateral 120. A bigorna 118 bipartida consiste então em um suporte 12 deslocável ao longo do sonotrodo 116 e de uma cruzeta 14 deslocável paralelamente à área de limitação formada pelo sonotrodo 116.
No compartimento de compressão 10 aberto é introduzido inicialmente um primeiro condutor 16 com um segmento 18 exterior. O primeiro condutor 16 é designado, em seguida, para efeito de simplificação, como suporte ou peça de contato. Sobre o segmento 18 do suporte 16 é então posicionada a extremidade isolada de um cordão 20 como segundo condutor elétrico. O compartimento de compressão 10 é então fechado e a bigorna 118 deslocada na direção do sonotrodo 116 (seta 22), para exercer a pressão requerida sobre as partes a serem soldadas, portanto o suporte 16 e o cordão 20. Simultaneamente, o sonotrodo 116 é em vibrações de ultrassom, para executar a operação de soldagem requerida. Depois da soldagem, o compartimento de compressão 10 é aberto e se obtém uma união entre o suporte 16 e o cordão 20, a saber no segmento 18 do suporte 16, como se pode depreender da figura 3. O suporte 16 é então de tal maneira deslocado para com o compartimento de compressão 10 que o segmento 22 distanciado do segmento 18 por um degrau se encontra no compartimento de compressão 10. O segmento 22 se estende então paralelamente ao segmento 18 exterior. Após posicionamento do segmento 22 do suporte 16 no compartimento de compressão 10, no exemplo de execução um grupo de cordões 24 como segundo condutor elétrico é posicionado no segmento 22, para e-xecução de uma soldagem da maneira previamente descrita. Como resultado se obtém uma parte de solda, que pode ser vista na figura 5. Assim o suporte 16 em seus segmentos 18, 22 fica soldado respectivamente com um segundo condutor elétrico ou um grupo de segundos condutores elétricos, a saber, com o cordão 20 e o grupo de cordões 24. A seção transversal total dos segundos condutores elétricos pode então ser maior do que usualmente condutores elétricos podem ser soldados com dispositivo a ultrassom.
Dispositivos de ultrassom com uma potência de até 3kW possibilitam,, por exemplo,, a soldagem de cordões com uma seção transversal total de 35 mm2. Com base no ensinamento segundo a invenção, com o primeiro condutor podem ser soldados segundos condutores, que apresentem no total uma seção transversal maior. Condição básica para isso é, no entanto, que em cada operação de soldagem com o primeiro condutor sejam soldados segundos condutores com uma seção transversal máxima, que seja igual ou menor do que 35 mm2, desde que se tome por base os valores anteriormente indicados. É vantagem do processo de acordo com a invenção também que com o primeiro condutor seja soldados sucessivamente segundos condutores de distintas seções transversais, de modo que para as seções transversais de condutor a serem respectivamente soldadas possa haver um ótimo monitoramento do processo. O suporte ou a peça de contato 16 está novamente representada na figura 6 em representação em perspectiva. Veem-se o segmento 26 dianteiro, executado como ilhós, a ser unido com uma conexão, bem como os segmentos 18, 22 se estendendo em planos paralelos àquele. O mesmo se depreende das representações das figura 7 e 8. Adicionalmente ao segmento 26 executado como ilhós pode ser soldado um outro segundo condutor elétrico.
Nas figuras 9 a 11 está representada uma variante de uma peça de contato correspondente e provida da referência 28. O suporte ou a peça de contato 28 se distingue do suporte 16 na medida em que os segmentos 34, 36 a serem soldados com cordões 30, 32 não apenas estão distanciados entre si por estágios, mas sim também apresentam larguras distintas. No exemplo de execução, o segmento 36 exterior é mais estreito do que o segmento 38 médio, que por sua vez é mais estreito do que o segmento dianteiro ou de ilhós 40.
Uma peça de contato 42 vista nas figuras 12 a 14 como primeiro condutor elétrico apresenta no lado extremo assim chamadas aletas de retenção ou garras 44, 46, que depois da soldagem dos segundos condutores elétricos com o suporte 42 são curvadas na direção dos segundos condutores soldados por meio de ultrassom, para possibilitar uma fixação mecânica adicional. Ademais, há a possibilidade de que pelo ponto de solda seja enfiado um tubo flexível retrátil, para se obter um isolamento que proporcione uma resistência mecânica adicional.
Estando nos exemplos de execução anteriormente explicados um primeiro condutor elétrico como peça de contato, suporte ou terminal respectivamente unido apenas de um lado com vários segundos condutores elétricos, então há a possibilidade de que segundos condutores elétricos sejam soldados em lados contrapostos do primeiro condutor elétrico, sendo que os segundos condutores elétricos foram soldados sucessivamente com o primeiro condutor elétrico em correspondência ao ensinamento de acordo com a invenção. Vê-se assim nas figuras 15 e 16 que uma peça de contato 48 como primeiro condutor elétrico está unido em seus lados contrapostos respectivamente com um segundo condutor 50, 52 elétrico, que por seu lado podem consistir em dois ou vários cordões soldados entre si.

Claims (13)

1. Processo para a produção de ao menos uma união soldada entre condutores elétricos por meio de um processo de soldagem a ultras-som, com ao menos um suporte plano rígido como primeiro condutor elétrico (16, 28, 42, 48), e ao menos um segundo condutor elétrico (20, 24, 30, 32, 50, 52), como cordão, sendo que os condutores são introduzidos em um compartimento de compressão (10) envolto por elementos de limitação (116, 118, 120) ajustáveis relativamente entre si, e são soldados no compartimento de compressão (10) por um sonotrodo (116) de um dispositivo de soldagem a ultrassom (110) excitável a uma vibração de ultrassom, o sonotrodo (116) formando um dos elementos de limitação, caracterizado pelo fato de que o primeiro condutor (16, 28, 42, 48) é soldado no compartimento de compressão (10) um após o outro em processos de soldagem sucessivos com dois ou vários segundos condutores (20, 24, 30, 32, 50, 52).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que nas operações de soldagem sucessivas o primeiro condutor(16, 28, 42,48) é deslocado relativamente ao compartimento de compressão (10).
3. Processo de acordo com reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro condutor (16, 28, 42, 48) é deslocado para o compartimento de compressão (10).
4. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que ao primeiro condutor (16, 28, 42, 48) são soldados segundos condutores (20, 24, 30, 32, 50, 52) de seções transversais iguais e/ou desiguais.
5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que segundos condutores (20, 24, 30, 32, 50, 52) são soldados um sobre o outro sobre o primeiro condutor (16, 28, 42, 48).
6. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os segundos condutores (30, 32) são soldados com o primeiro condutor (28) em regiões (36, 38) mutuamente distanciadas.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, carac- terizado pelo fato de que os segundos condutores (30, 32) são soldados em regiões (36, 38) do primeiro condutor (28), que se estendem em planos divergentes entre si.
8. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os segundos condutores (30, 32) são soldados em regiões (36, 38) do primeiro condutor (28), que se estendem em planos mutuamente distanciados e paralelos entre si.
9. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que são soldados com o primeiro condutor (16, 28, 42, 48) como um primeiro segundo condutor um cabo de massa ou um cabo de bateria e como um segundo segundo condutor uma linha de controle.
10. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que ao menos dois segundos condutores são soldados lado a lado em uma região se estendendo transversal mente ao eixo longitudinal do primeiro condutor (16, 28, 42, 48).
11. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que com o primeiro condutor (16, 28, 42, 48) são soldados sucessivamente um grupo de segundos condutores e um segundo condutor ou um grupo de segundos condutores.
12. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, sendo que do primeiro condutor (42) partem segmentos de retenção como aletas de garras (44, 46), caracterizado pelo fato de que durante ou após a soldagem do último segundo condutor com o primeiro condutor (40) os segmentos de retenção (44, 46) com excitação a ultrassom do sonotrodo são curvados na direção dos segundos condutores para sua fixação.
13. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de soldagem a ultrassom (110) é de tal maneira projetado em potência que segundos condutores (20, 24, 30, 32, 50, 52) a serem soldados com o primeiro condutor (16, 28, 42, 48) são total mente não soldáveis em uma operação de soldagem ou não são soldá-veis com segurança processual.
BRPI0617201-6A 2005-10-10 2006-10-07 Processo para a produção de ao menos uma união soldada entre condutores elétricos por meio de um processo de soldagem a ultrassom BRPI0617201B1 (pt)

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