ITPR20010032A1 - Dispositivo antiscarica in saldatrici elettroniche a radiofrequenze. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

annessa a domanda di breveto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

DISPOSITIVO ANTISCARICA IN SALDATRICI ELETTRONICHE A RADIOFREQUENZE.

Forma oggeto del presente trovato un dispositivo antiscarica per saldatrici eletroniche a radio frequenza.

Le saldatrici eletroniche a radiofrequenza (o presse saldatrici a radiofrequenza) comprendono un oscillatore in classe C costituito da un triodo. Tra la griglia del triodo e la massa, oltre ai componenti reativi necessari per il funzionamento, c'è una resistenza denominata resistenza di griglia la quale è collegata a massa direttamente.

Sono già noti dispositivi antiscarica che hanno lo scopo di rilevare scariche che si verificano tra i piani porta stampi della pressa, cioè tra il piano alimentato con una tensione a radiofrequenza e il piano collegato a massa.

Tali dispositivi, una volta individuata una scarica oppure una resistenza tra gli stampi (o elettrodi) di saldatura con inserito il materiale da saldare inferiore ad un valore prestabilito, devono interdire il triodo in modo da bloccare il più rapidamente possibile l'erogazione di energia a radio frequenza evitando in tal modo danni agli stampi stessi.

Quando l'oscillatore funziona normalmente, la griglia del triodo possiede una tensione continua e negativa per cui un flusso di elettroni fluisce dalla griglia verso massa attraverso la resistenza di griglia. Per bloccare il triodo bisogna applicare sulla griglia stessa una tensione continua negativa di blocco di valore assoluto maggiore rispetto a quella di funzionamento. Questa tensione di blocco crea una barriera di potenziale sulla griglia del triodo per cui gli elettroni anziché essere attratti dalla griglia vengono respinti e quindi viene bloccata la conduzione del triodo, cioè l’oscillatore, con conseguente blocco dell’erogazione dell’energia a radiofrequenza.

Successivamente vengono sezionati i teleruttori che alimentano il trasformatore preposto alla generazione dell'alta tensione di alimentazione del triodo (tensione anodica).

I dispositivi antiscarica dispongono normalmente di un sensore in grado di misurare in modo continuo la resistenza fra gli stampi durante la saldatura e il valore di questa resistenza viene confrontata con un valore di riferimento impostato su un potenziometro definito potenziometro della sensibilità del dispositivo antiscarica.

Quando la resistenza fra gli stampi di saldatura diventa inferiore a quella impostata o quando si verifica una scarica fra di essi (assimilabile ad un cortocircuito), allora il dispositivo antiscarica deve applicare sulla griglia una tensione continua negativa di blocco per interdire il triodo e altrettanto rapidamente devono essere sezionati i teleruttori dell'alta tensione di alimentazione del triodo stesso.

Nel dispositivo antiscarica di tipo noto, il sistema di generazione della tensione continua di blocco è costituito da un trasformatore con ponte raddrizzatore a diodi e condensatori di filtro, che, dovendo alimentare la resistenza di griglia collegata a massa, deve riuscire a mantenere questa tensione di blocco per il tempo necessario all'oscillatore per smettere di oscillare e alla tensione anodica di essere sezionata.

L'energia che deve erogare l’alimentatore di un dispositivo antiscarica di tipo noto è legata alla potenza della saldatrice, infatti maggiore è tale potenza, maggiore è l’inerzia e quindi più lungo è il transitorio per bloccare il triodo.

Inoltre l'energia che deve erogare tale alimentatore è legata al valore della resistenza di griglia, in quanto più è basso tale valore e maggior corrente circola a parità di tensione di blocco applicata.

Quindi per le macchine saldatrici di più grande potenza, che di solito hanno anche una resistenza di griglia di valore più basso, occorre dimensionare adeguatamente il trasformatore del sistema di alimentazione del dispositivo antiscarica.

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

Inoltre i loro tempi di intervento sono elevati e quindi non riescono a far cessare in modo repentino le scariche elettriche tra gli stampi, con conseguente danneggiamento degli stessi.

Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti rendendo disponibile un dispositivo atto a bloccare l’oscillazione del triodo molto più rapidamente e con un minore utilizzo di energia, indipendentemente dalla potenza del triodo e dai valori di resistenza di griglia.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dal dispositivo oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate ed in particolare per il fatto che comprende uno o più IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in serie tra loro, inseriti tra il polo positivo di una batteria di condensatori e la massa, in grado di fornire prontamente, con un ritardo di solo alcune decine di microsecondi, un impulso di tensione continua negativo di blocco alla resistenza di griglia del triodo, il cui gate è comandato da un segnale proveniente da un’unità di comando, che effettua in modo continuo una comparazione fra il valore di resistenza fornito da un sensore di scarica, posto tra i piani porta stampi della saldatrice, ed un valore impostato.

Il dispositivo può comprendere anche un relè di blocco del triodo (detto relè di griglia) con uno o più contatti normalmente aperti in serie fra loro, che chiude a massa la resistenza di griglia, comandato anch’esso da un segnale proveniente dall’unità di comando.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno meglio evidenziate dalla descrizione seguente di due preferite forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra lo schema circuitale di una prima versione con relè di griglia; - la figura 2 illustra lo schema circuitale di una seconda versione senza relè di griglia.

Con riferimento alle figure, con 1 e 2 sono stati rispettivamente indicati il piano alimentato con energia a radiofrequenza o piano caldo e il piano collegato a massa 3 di una pressa saldatrice a radiofrequenza.

Tali piani servono sostanzialmente a sostenere gli stampi di saldatura di due fogli di materiale plastico 20 posto fra di essi.

Il piano caldo 1 è alimentato da un oscillatore 4 in classe C a radiofrequenza (circa 27,12 MHz), comprendente un triodo 5 il cui anodo 6 è collegato ad un circuito risonante 7, costituito da una induttanza e da una capacità in parallelo tra loro.

Il triodo 5 ha il catodo 8 collegato a massa e una griglia 9 pure collegata a massa attraverso una resistenza detta resistenza di griglia 10.

Con 11 è stata indicata un’unità di comando collegata ad un sensore detto sensore di scarica 12 che rileva il valore di resistenza tra i due piani 1 e 2 confrontandolo con un valore 13 impostato mediante un impostatore detto regolatore di sensibilità.

Con 27 è stato indicato un segnale che informa l’unità di comando 11 di quando la pressa è nelle condizioni operative per saldare.

Durante la fase di saldatura l’unità di comando elabora il valore di resistenza tra i piani portastampi proveniente dal sensore 12 e quando tale valore scende al di sotto del valore impostato, (indicando sostanzialmente il pericolo di una scarica elettrica tra gli stampi di saldatura con conseguente pericolo di danneggiamento degli stessi), invia i segnali 14 e, solo nella fig.l, 15 ad un’unità di blocco del triodo, indicata complessivamente con 16.

L’unità di blocco del triodo comprende un trasformatore 17 che alimenta uno (negli esempi illustrati) o più ponti raddrizzatori 18 in serie nel caso di più ponti raddrizzatori, preferibilmente quattro, ognuno di essi è collegato ad un circuito secondario del trasformatore ed alimenta uno o più condensatori 19 in parallelo.

Il trasformatore 17 con i ponti raddrizzatori 18 e la batteria di condensatori 19, con un valore di capacità opportuno, costituiscono mezzi per fornire un impulso di tensione continua negativo di blocco alla resistenza di griglia 10 e quindi alla griglia 9 del triodo 5.

Con 21 è stato indicato un IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) il cui gate è comandato mediante il collegamento 14 proveniente dall’unità di comando 11 e la cui funzione è quella di collegare a massa il polo positivo della batteria di condensatori 19 mentre il polo negativo è collegato alla griglia 9 del triodo 5 attraverso un diodo 22 che ha una funzione di protezione.

In sostanza, l’IGBT è un transistor con ingresso MOSFET che rimane chiuso finché comandato in tensione sul gate, mentre si apre in assenza di comando. Vi può essere un solo IGBT, come negli esempi illustrati, oppure più IGBT collegati in serie.

L’altro collegamento 15 (solo Fig.l) proveniente dall’unità di comando 11 giunge ad un relè 23 di blocco del triodo con uno o più contatti 24 normalmente aperti in serie fra loro, che collega la resistenza di griglia 10 a massa 3.

In parallelo al contatto 24 è previsto un circuito antiscintilla 25 costituito essenzialmente da uno o più resistenze (in serie - parallelo fra loro) in serie ad una o più capacità (in serie - parallelo fra loro).

Il dispositivo antiscarica oggetto del presente trovato risulta sostanzialmente dalla combinazione dell’unità di comando 1 1 con l’unità di blocco del triodo 16.

Nella variante di realizzazione illustrata in fig. 2, non è presente il relè di blocco del triodo. Ciò ha il vantaggio sia di semplificare il circuito del dispositivo antiscarica (manca il relè di blocco 23 ed il relativo collegamento 15) oltre che di evitare l’utilizzo di un tipo di relè costoso oppure di uno a basso prezzo, ma che qualche volta deve essere sostituito in quanto deve aprire tensioni continue elevate (circa 1350 V).

Per quanto riguarda il funzionamento, viene impostato tramite il regolatore di sensibilità il valore 13 resistenza ammissibile fra gli stampi in funzione del prodotto da saldare. Non appena la pressa inizia a saldare, il materiale fonde e quindi il valore di resistenza rilevato dal sensore 12 tra i piani portastampi 1 e 2 diminuisce.

Se tale valore rimane maggiore di quello impostato non succede nulla, se invece scende al di sotto, ad esempio per una scarica elettrica fra gli stampi improvvisa, l’unità di comando 11 attiva l’unità di blocco del triodo 16.

In particolare, il segnale proveniente dall’unità di comando attraverso il collegamento 14 comanda l’IGBT 21 che, con un ritardo di soli poche decine di microsecondi dalla rilevazione di una possibile scarica fra gli stampi, applica un impulso di tensione negativo per il bloccare il triodo 5 collegando a massa 3 il polo positivo della batteria di condensatori 19.

Nell’esempio di figura 1, mentre l’IGBT 21 applica un impulso di tensione negativo sulla griglia 9, bloccando così l’oscillazione del triodo 5, il segnale proveniente dall’unità di comando 11 tramite il collegamento 15, diseccita il relè di blocco 23 e, scollegando la resistenza di griglia 10 da massa 3, impedisce al triodo di ritornare ad oscillare una volta terminato l’impulso dovuto alla scarica della batteria di condensatori 19.

Nell’esempio di figura 2, in cui non è presente il relè di blocco 23, per impedire al triodo 5 di ritornare ad oscillare una volta terminato l’impulso dovuto alla scarica della batteria di condensatori 19, viene inviato un comando di apertura ai teleruttori di alimentazione della tensione anodica del triodo.

Non appena l’IGBT 21 si chiude viene applicato un impulso di tensione negativo alla griglia 9 del triodo 5 mediante la scarica della batteria di condensatori 19. Si crea in tal modo una barriera di potenziale negativo che blocca il flusso di elettroni del triodo e che rimane applicata alla sua griglia (qualche millisecondo) finché la resistenza di griglia 10 non viene scollegata da massa 3 mediante il relè di blocco 23 (caso di figura 1), oppure finché non si apre il circuito di alimentazione anodica sul collegamento 26 (caso di figura 2).

L’IGBT 21 rimane chiuso finché permane sul suo gate il segnale 14 proveniente dall’unità di comando 11.

La combinazione dell’IGBT 21 con la scarica della batteria di condensatori 19 e con il relè di blocco 23 (caso di figura 1) o con l’apertura dei teleruttori della tensione di alimentazione anodica sul collegamento 26 (caso di figura 2) permette di applicare alla griglia 9 del triodo 5 un impulso di tensione negativo di blocco di una durata sufficiente a bloccare l oscillazione. Una volta bloccato l’oscillatore, interdicendo il triodo 5, la resistenza di griglia 10 viene scollegata da massa ( caso di figura 1), oppure la tensione anodica del triodo, proveniente dal collegamento 26, viene sezionata (caso di figura 2).

II presente dispositivo antiscarica consente quindi di evitare indesiderati danneggiamenti degli stampi bloccando repentinamente, quando necessario, il triodo mediante la scarica della batteria di condensatori sulla griglia del triodo stesso.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo antiscarica in saldatrici elettroniche a radiofrequenza, comprendente: - un circuito oscillatore (4), comprendente almeno un triodo (5) ed un circuito risonante (7); - un’unità di blocco (16) del triodo (5) agente su una griglia (9) del triodo, e comprendente mezzi (17, 18, 19) atti a fornire un impulso di tensione negativo di blocco su una resistenza di griglia (10); - un’unità di comando (11) connessa ad un sensore (12) posto fra piani portastampi (1, 2) della saldatrice e realizzata in modo tale da confrontare continuamente il valore fornito da tale sensore con un valore impostato (13), caratterizzato dal fatto che detta unità di blocco (16) del triodo (5) comprende uno o più IGBT (21), in serie tra loro, inseriti tra il polo positivo di condensatori (19) di detta unità di blocco (16) e la massa (3), il gate di detto IGBT essendo comandato da un segnale (14) proveniente dall’unità di comando (11).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui l’unità di blocco (16) comprende un relè di blocco (23) del triodo (5), con uno o più contatti in serie fra loro normalmente aperti, inseriti in serie tra la resistenza di griglia (10) e la massa (3), detto relè di blocco (23) essendo comandato da un segnale (15) proveniente dall’unità di comando (11).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui l’unità di blocco (16) comprende un circuito antiscintilla (25) posto in parallelo al contatto del relè di blocco (23) del triodo (5) e costituito da un circuito RC ossia da una o più resistenze (in serie-parallelo) in serie con una o più capacità (in serie - parallelo).
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 e 2, in cui i mezzi per fornire un impulso di tensione continua negativo di blocco alla resistenza di griglia(lO) comprendono almeno un trasformatore (17) che alimenta almeno un ponte raddrizzatore (18) per la carica di almeno un condensatore (19).
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 , in cui la resistenza di griglia è connessa direttamente a massa e non attraverso un relè
6. 6. Saldatrice elettronica a radiofrequenza, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.