IT201600116587A1 - Dispositivo antiscarica per saldatrici elettroniche ad alta frequenza - Google Patents

Description

TITOLO: DISPOSITIVO ANTISCARICA PER SALDATRICI

ELETTRONICHE AD ALTA FREQUENZA

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL’INVENZIONE

Il presente trovato si inserisce nel campo delle saldatrici elettroniche ad alta frequenza e più precisamente riguarda un dispositivo anti-scarica per dette saldatrici.

Le saldatrici o presse elettroniche comprendono generalmente un oscillatore in classe C comprendente un triodo provvisto di un elettrodo di controllo (griglia) sulla linea di alimentazione.

Il triodo alimenta un circuito risonante che a sua volta alimenta un’utilizzatore, detto utilizzatore costituito ad esempio dalle piastre porta stampi di una pressa saldatrice.

STATO DELL’ARTE

Sono noti dei dispositivi anti-scarica che hanno lo scopo di individuare delle scariche che si verificano tra le piastre porta stampi della pressa.

Il dispositivo anti-scarica deve bloccare in maniera più rapida possibile il triodo in modo da bloccarne l’erogazione di energia ad alta frequenza:

- una volta individuata una scarica oppure

- una variazione di resistenza anomala o perlomeno

- una resistenza tra le piastre con inserito il materiale da saldare inferiore ad un valore prestabilito.

Grazie al suddetto intervento si evitano danni agli stampi della pressa.

Quando l’oscillatore lavora normalmente, la griglia è attraversata da una corrente di griglia negativa, costituita da un flusso di elettroni che attraversano la resistenza di griglia verso massa.

Per bloccare il triodo occorre allora applicare sulla griglia stessa una tensione negativa di blocco, dello stesso segno ma di valore maggiore rispetto a quello di funzionamento, in modo da interdirlo. La tensione di blocco infatti crea una barriera di potenziale sull’elettrodo di controllo negativo per cui gli elettroni vengono respinti anziché attratti, bloccando la conduzione del triodo.

Successivamente vengono sezionati i teleruttori che alimentano un trasformatore preposto alla generazione dell’alta tensione anodica del triodo.

I dispositivi noti anti scarica sono costituiti da un dispositivo in ingresso configurato per misurare la resistenza tra gli elettrodi tramite un sensore di scarica costituito essenzialmente da un filtro collegato direttamente con l’elettrodo dello stampo alimentato dall’energia ad alta frequenza.

Il sensore di scarica misura la resistenza in continuo fra gli elettrodi durante la saldatura e questa resistenza viene confrontata con un valore campione preimpostato su un potenziometro definito potenziometro della sensibilità. Quando la resistenza sugli elettrodi diventa inferiore a quella preimpostata (lentamente o rapidamente) o quando si verifica una scarica fra le piastre della pressa che tende al corto circuito, allora il dispositivo anti-scarica invia sull’elettrodo di griglia una tensione negativa di blocco per bloccare il triodo e altrettanto rapidamente sezionare i teleruttori che danno l’alta tensione.

Nel dispositivo anti scarica di tipo noto, il sistema preposto alla generazione della tensione di blocco, costituito da un alimentatore con un a batteria di condensatori con dei diodi per avere una tensione continua, deve alimentare una resistenza chiusa verso massa, ovvero la resistenza di griglia, e deve riuscire a mantenere questa tensione molto elevata per il tempo necessario all’oscillatore di smettere di oscillare e per tutto il tempo in cui l’alta tensione impiega ad arrivare a valori molto bassi o nulli.

L’energia che deve erogare un alimentatore di tipo noto è legata alla potenza della macchina ed è legata anche alla tensione anodica e quindi al sistema di alimentazione del triodo. Pertanto più grosso è l’alimentatore, maggiore è la sua inerzia e quindi il calo di tensione avviene più lentamente, da ciò segue un lungo transitorio di tempo per abbassare i valori.

Inoltre, l’energia che deve erogare l’alimentatore è legata al valore della resistenza di auto polarizzazione (piccola resistenza, maggiore corrente circolante).

Quindi macchine saldatrici di grossa potenza con resistenza piccola richiedono un dimensionamento adeguato del trasformatore che alimenta il sistema alimentatore del dispositivo antiscarica.

I dispositivi antiscarica di tipo noto presentano pertanto alcuni inconvenienti tra cui quelli di richiedere trasformatori di elevata potenza per il sistema alimentatore.

Inoltre, i tempi di intervento sono elevati e quindi non garantiscono il cessare repentinamente di scariche elettriche tra gli elettrodi porta stampi con conseguente usura degli stessi oltre al danneggiamento del materiale interposto da saldare, in particolare in saldatrici di grossa potenza per saldatura di spessori non elevati e senza isolanti.

ESPOSIZIONE E VANTAGGI DEL TROVATO

Uno scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione della tecnica un migliorato dispositivo, configurato per intervenire in modo molto più rapido, quando la resistenza tra gli stampi della pressa saldatrice raggiunge un valore inferiore ad un valore prestabilito, così da aprire il circuito di alimentazione della griglia del triodo e bloccare quest’ultimo, onde evitare la formazione di archi o scariche tra gli stampi.

Quanto sopra essendo realizzato nell’ambito di una soluzione semplice razionale e dal costo piuttosto contenuto.

Tali ed altri scopi sono raggiunti grazie alle caratteristiche dell’invenzione riportante nella rivendicazione indipendente 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione.

In particolare, una forma di attuazione della presente invenzione rende disponibile un dispositivo antiscarica di saldatrici ad alta frequenza, dove dette saldatrici comprendono almeno un oscillatore in classe C e un triodo provvisto di un elettrodo di controllo (griglia) sulla linea di alimentazione; il triodo (5) configurato per alimentare un circuito risonante che a sua volta alimenta le piastre porta stampi di detta saldatrice;

Il dispositivo comprende:

a. una unità di comando collegabile ad un sensore di scarica delle piastre porta stampi della saldatrice; detta unità di comando configurata per

i. effettuare una comparazione con un valore campione preimpostato,

ii. elaborare i dati pervenuti e quando i valori di resistenza tra le piastre diminuisce molto rapidamente e inviare un segnale ad

b. una unità di blocco del triodo (16) dell’oscillatore della saldatrice agente sulla griglia del triodo (5); detta unità di blocco del triodo (16) comprende un trasformatore (17) che alimenta un ponte raddrizzatore (18) duplicatore di tensione che a sua volta alimenta una batteria di condensatori (19) e (20).

Il dispositivo comprendere inoltre almeno due transistor bipolari (21) in serie e atti a collegare a massa il lato positivo del ponte (18); l’unità di comando è collegata in (15) a un relè (23) di blocco provvisto di un contatto normalmente aperto (24) inserito in serie tra la resistenza (20) di griglia e la massa (3).

In questo modo il metodo di controllo e bloccaggio del triodo in saldatrici ad alta frequenza, da parte di una unità di comando 11 secondo il dispositivo di cui alla rivendicazione 1, prevede di:

c. Pre-impostare un valore di sensibilità tramite un impostatore (13), in base al prodotto da saldare, d. Iniziare la fase di saldatura cosicché il materiale fonde e quindi la resistenza tra le piastre diminuisce, e durante tale fase

i. effettuare una comparazione con un valore campione preimpostato,

ii. elaborare i dati pervenuti e in caso di valori di resistenza in rapida diminuzione o se la resistenza diventa inferiore a quella preimpostata passare alla fase c) e. inviare un segnale ad all’unità di blocco del triodo e i. comandare i transistor bipolari IGBT 21 disposti in serie, applicare una tensione negativa alla griglia

ii. chiudere a massa i condensatori 19 e 20 per il blocco del triodo (5)

iii. diseccitare il relè (23), il quale a sua volta apre il circuito della resistenza di griglia.

Grazie a detta soluzione si ha un tempo di intervento assai ridotto.

I transistor infatti sono configurati e progettati in serie per aver maggior resistenza alle alte tensioni dell’applicazione (1500V). Ciò porta a una maggiore rapidità di intervento (nell’ordine dei microsecondi).

Questa modifica rende meno critica, durante l’intervento, l’apertura del relè NC che apre il circuito denominato “massa”.

Un altro aspetto della invenzione vede i transistor (21) sono inseriti nel circuito di bloccaggio triodo.

Un altro aspetto della invenzione è quello che detti transistor (21) sono alimentati dall’unità di comando.

Un altro aspetto della invenzione è quello che i poli negativi dei condensatori (19) e (20) sono collegati alla griglia del triodo (5) attraverso un diodo (22) con funzione di protezione del ponte (18).

Un altro aspetto della invenzione è quello che detti almeno due transistor bipolari in serie di tipo IGBT.

Un altro aspetto della invenzione è quello che di provvedere un terzo transistor bipolare di tipo IGBT a protezione del relè (23).

Un altro aspetto della invenzione è quello che il relè di blocco 23 è configurato per non aprire il circuito in corrente cosicché, grazie a tale soluzione, si evita la criticità dell’effetto scintilla.

Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dal dispositivo antiscarica, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo nella unita tavola di disegno.

- Figura 1: illustra lo schema circuitale attuato dal dispositivo anti-scarica in saldatrici ad alta frequenza.

DESCRIZIONE DEL TROVATO

Il dispositivo antiscarica comprende una unità di comando collegabile ad un sensore di scarica delle piastre porta stampi della saldatrice e atta ad effettuare una comparazione con un valore campione preimpostato.

In maggior dettaglio e con particolare riferimento alla figura sopra indicata, con 1 è stato indicata una piastra anodica di una pressa saldatrice ad alta frequenza mentre con 2 è stata indicata la piastra catodica collegata alla massa 3.

La piastra anodica, anche denominata piastra calda, è alimentata da un oscillatore 4 in classe C ad alta frequenza comprendente una valvola o triodo 5 il cui anodo 6 è collegato ad un circuito risonante 7.

Il triodo 5 ha un catodo 8 collegato a massa e una griglia di controllo 9 pure collegata a massa attraverso una resistenza 10 di auto polarizzazione della griglia.

Con 11 è stata indicata una unità di comando collegata a un sensore di scarica 12 che rileva il valore di resistenza tra due piastre 1 e 2.

Il valore della resistenza rilevata dal sensore 12 viene confrontato con un valore preimpostato tramite un impostatore di sensibilità 13 potenziometrico o del tipo a selettori a scatti.

Con 27 è stato indicato un collegamento per il comando della saldatura che alimenta il circuito dell’unità di comando quando la pressa comincia a saldare.

Quando la pressa cessa la saldatura il circuito viene disabilitato.

L’unità di comando elabora i dati pervenuti e quando i valori di resistenza tra le piastre diminuisce molto rapidamente in via di segnali tramite i collegamenti 14 e 15 ad una unità di blocco del triodo indicata nel suo complesso con 16.

L’unità di blocco del triodo 16 comprende un trasformatore 17 che alimenta un ponte raddrizzatore 18 duplicatore di tensione che a sua volta alimenta una batteria di condensatori 19 e 20.

Con 21 sono indicati almeno due transistor bipolari in serie IGBT che vengono inseriti nel circuito di bloccaggio triodo e sono alimentati dal collegamento 14 proveniente dall’unità di comando e la cui funzione è quella di collegare a massa il lato positivo del ponte 18.

I poli negativi dei condensatori 19 e 20 sono collegati, attraverso un diodo 22, alla griglia del triodo 5, il diodo 22 ha la funzione di protezione del ponte.

L’altro collegamento 15 proveniente dall’unità di comando, giunge a un relè 23 di blocco provvisto di un contatto normalmente aperto 24 inserito in serie tra la resistenza 20 di griglia e la massa 3.

In parallelo al contatto 24 è prevista una impedenza capacitiva 25 di mantenimento dell’impulso.

Verrà ora descritto il funzionamento del dispositivo antiscarica sopra descritto che risulta dalla combinazione dell’unità di comando 11 con l’unità di blocco del triodo 16.

Appena la pressa inizia a saldare, avendo preimpostato il valore di sensibilità tramite l’impostatore 13, in base al prodotto da saldare, il materiale fonde e quindi la resistenza tra le piastre diminuisce.

Se la resistenza rimane maggiore di quella impostata nell’unità di comando non succede nulla.

Se la resistenza diventa inferiore a quella preimpostata per una scarica improvvisa o anche per motivi normali vengono inviati i segnali dall’unità di comando all’unità di blocco del triodo.

Il segnale proveniente dall’unità di comando, tramite il collegamento 14 comanda i due transistor bipolari IGBT 21, o anche BJT, dall'inglese bipolar junction transistor; essi sono disposti in serie e preposti all’immissione dell’impulso che chiude a massa i condensatori 19 e 20 per il blocco del triodo.

Il segnale proveniente dall’unità di comando tramite il collegamento 15, diseccita il relè di blocco 23 che funge da interruttore e apre il circuito della resistenza di griglia 10.

Appena gli almeno due transistor bipolari 21 IGBT si innescano, si applica la tensione negativa alla griglia.

Si viene a creare così una barriera di potenziale negativo che blocca il flusso di elettroni del triodo, il quale rimane costantemente applicato alla griglia mediante il contatto del relè di blocco 23 – per un tempo di alcuni microsecondi.

Per disinnescare detti transitor 21 occorre annullare la corrente anodica ed il relè 23 ha anche questa funzione in quanto apre nel tempo sopra indicato (microsecondi).

Il relè di blocco 23 è configurato per non aprire il circuito in corrente cosicché, grazie a tale soluzione, si evita la criticità dell’effetto scintilla.

La combinazione transistor bipolari 21 e relè 23 permette di realizzare un impulso di blocco per un tempo sufficiente trascorso il quale il diodo è disinnescato completamente, cioè l’oscillazione è bloccata.

Secondo una variante ulteriore e sempre in accordo con l’invenzione è quella illustrata in figura 2; nel dettaglio si osserva che oltre ai transistor IGBT (loro presenza indicata con A in figura) sono presenti:

- un contatto ON-OFF, indicato con B, per separazione galvanica (con funzione di sicurezza)

- un terzo transistor bipolare IGBT, indicato con D, in parallelo al contatto D On-Off.

I componenti indicati provvedono alla protezione del relè. Infatti, come mostra la sequenza di tabella sempre in figura 2, se durante la scarica tutti i suddetti componenti A, B, C, D sono chiusi, lo stand-by finale è raggiunto aprendo dapprima il contatto relè D, dopodiché i tre IGBT di A e C e infine il contatto relè B.

In tal modo si può aprire il ramo di D in corrente senza produrre la fastidiosa scintilla; la presenza di C crea la continuità in modo che l’apertura di D non è sotto condizioni critiche.

Claims (7)

1. RI VENDI CA ZIONI 1. Dispositivo antiscarica di saldatrici ad alta frequenza, dove dette saldatrici comprendono almeno un oscillatore in classe C e un triodo provvisto di un elettrodo di controllo (griglia) sulla linea di alimentazione; il triodo (5) configurato per alimentare un circuito risonante che a sua volta alimenta le piastre porta stampi di detta saldatrice; il dispositivo comprendente: a. una unità di comando collegabile ad un sensore di scarica delle piastre porta stampi della saldatrice; detta unità di comando configurata per i. effettuare una comparazione con un valore campione preimpostato, ii. elaborare i dati pervenuti e quando i valori di resistenza tra le piastre diminuisce molto rapidamente e inviare un segnale ad b. una unità di blocco del triodo (16) dell’oscillatore della saldatrice agente sulla griglia del triodo (5); detta unità di blocco del triodo (16) comprende un trasformatore (17) che alimenta un ponte raddrizzatore (18) duplicatore di tensione che a sua volta alimenta una batteria di condensatori (19) e (20); il dispositivo caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno due transistor bipolari (21) in serie di tipo IGBT e atti a collegare a massa il lato positivo del ponte (18); - l’unità di comando è collegata in (15) a un relè (23) di blocco provvisto di un contatto normalmente aperto (24) inserito in serie tra la resistenza (20) di griglia e la massa (3); - un contatto ON-OFF, indicato con (B), per separazione galvanica (con funzione di sicurezza) - ulteriore transistor bipolare IGBT, indicato con (D), in parallelo a un contatto (D) On-Off; se durante la scarica tutti i suddetti componenti A, B, C, D sono chiusi, lo stand-by finale è raggiunto aprendo dapprima il contatto relè D, dopodiché i tre IGBT di A e C e infine il contatto relè B.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti transistor (21) sono inseriti nel circuito di bloccaggio triodo.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti transistor (21) sono alimentati dall’unità di comando
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i poli negativi dei condensatori (19) e (20) sono collegati alla griglia del triodo (5) attraverso un diodo (22) con funzione di protezione del ponte (18).
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un terzo transistor IGBT a protezione del relè (23).
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il relè di blocco 23 è configurato per non aprire il circuito in corrente cosicché, grazie a tale soluzione, si evita la criticità dell’effetto scintilla.
7. 7. Metodo di controllo e bloccaggio del triodo in saldatrici ad alta frequenza, da parte di una unità di comando 11 secondo il dispositivo di cui alla rivendicazione 1, in cui prevede di: a. Pre-impostare un valore di sensibilità tramite un impostatore (13), in base al prodotto da saldare, b. Iniziare la fase di saldatura cosicché il materiale fonde e quindi la resistenza tra le piastre diminuisce, e durante tale fase i. effettuare una comparazione con un valore campione preimpostato, ii. elaborare i dati pervenuti e in caso di valori di resistenza in rapida diminuzione o se la resistenza diventa inferiore a quella preimpostata passare alla fase c) c. inviare un segnale ad all’unità di blocco del triodo e i. comandare i transistor bipolari IGBT 21 disposti in serie, applicare una tensione negativa alla griglia ii. chiudere a massa i condensatori 19 e 20 per il blocco del triodo (5) iii. diseccitare il relè (23), il quale a sua volta apre il circuito della resistenza di griglia.