WO2007026033A1 - Pistola para soldadura con doble conductor - Google Patents

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Definitions

  • the present double conductor welding gun consists of a specific industrial electric plug for connection to an electric power converter, a harness wire inside an insulated hose and a welding gun (also called a "torch”) whose tip is It performs the welding function, all arranged in such a way that it can generate an alarm that warns the process control system that a conductor failure has occurred.
  • the failure of the conductor of the intensity generates production losses, and when the failure occurs in the periods in which there is no human supervision, the welding stops at that point until its replacement, generating position adjustment costs of the production chain.
  • the failure may be due to various causes such as the degradation of the conductor material by corrosion, the rupture due to mechanical fatigue or overheating.
  • This gun or torch is designed to be connected to a continuous power supply system that supplies a voltage between 10 and 40 Volts and an intensity between 1 and 400 Amps, with a maximum intensity of 500 A.
  • the author of the present invention proposes to solve the problem mentioned above with the use of two drivers.
  • the failure of one of the drivers must generate an alarm that can be used to stop the process voluntarily and / or with the possibility of continuing it under similar working conditions, since each of the conductors alone is able to withstand the current intensity necessary for normal operating conditions
  • the two conductors are born from the same contact in the plug, run in parallel through separate chilled or not conduits and, upon reaching the gun (torch), they are rejoined to present the totality of the intensity to the welding tip.
  • the advantage of this solution is that, if the same amount of copper is used and the conductor is divided into two equal parts, the total surface in contact with the coolant, which will preferably be water, increases by a factor equal to the square root of two.
  • the first way is to keep the original copper mass and reduce the requirements imposed on the cable cooling system so that savings can be made in said subsystem.
  • the second way is to maintain the cooling system of the cables and reduce the mass of copper in half to achieve the same total surface area in contact with the water so that copper is saved.
  • the correct functioning of the torch depends on the correct balance of the intensities that flow through the two conductors since the capacity of each conductor will be limited to half of the total intensity.
  • the process control system may stop the process, and / or notify the operator of a system failure that needs to be repaired, but would not force the welding process to stop.
  • FIG. 1 Schematically represents a practical embodiment of the gun object of the present invention with the security means and devices that are advocated.
  • a gun or torch body (1) for welding is distinguished in the first place, which has an electronic scale (2) that measures the intensity of each conductor (3) and generates an alarm when there is an imbalance between these charges.
  • This is intended to be achieved through the use of a microcontroller (5) that is connected to said HALL effect intensity sensors (6) that measure the intensity of each conductor without the need to enter into galvanic contact with them.
  • the microcontroller (5) is programmed to calculate the individual average intensities and the absolute value of their difference. The alarm would occur if the absolute value of the difference exceeds a certain predetermined limit.
  • An electronic scale (2) has been designed to measure the intensities present in two conductors (3).
  • the scale (2) has two devices (6) capable of measuring the intensity flowing through the two conductors (3) of the torch (1).
  • the signals of the intensity meters receive two treatments to adapt them to the needs of the process.
  • the treatment is carried out in two clearly differentiated stages.
  • the first stage consists of an active filter that allows the passage of frequencies below 5 Hz and uses the Bessel technique of the fourth order, using the corresponding filter to eliminate the high frequency electrical noise superimposed on the signal.
  • the filter produces the average value of the pulsating current, which is a technique commonly used in the field of welding.
  • the second stage consists of an active rectifier whose function is to represent at its output point a signal with positive polarity that has the same magnitude as the signal at its input point, whether it was positive or negative. This is done by the requirement of the subsequent stage that only admits positive polarity signals.
  • This active rectifier allows the correct measurement of the intensity regardless of the direction in which the conductors (3) have been introduced in the scale (2). This is an important aspect since it eliminates the possibility of errors in the direction of assembly during manufacturing.
  • the properly treated signal is introduced into a microcontroller (5) that has circuits that convert the analog signal into a digital or digital representation.
  • the microcontroller program (5) calculates the difference between the magnitudes of the two intensity signals, and determines which of the two magnitudes is the greatest.
  • the quotient of the difference obtained above is obtained, divided by the greater of the two magnitudes. If this ratio exceeds a certain value, for example 25%, a signal would be produced alarm that would activate the intensity alarm by any known method. Additionally, a pilot light of LED lamp (7) corresponding to the driver who had suffered the decrease of its intensity would be illuminated.
  • the microcontroller (5) can be connected to a temperature sensor
  • the microcontroller has been programmed to measure the signal from the temperature sensor (8) and operate as a thermostat. If the programmed temperature limit was exceeded, an alarm signal would be produced that would activate the temperature alarm relay. Additionally, a LED lamp (9) corresponding to the overheating alarm of the handle of the welding torch would be illuminated.
  • the torch (1) can have a cooling system (11) with its inlet and outlet of coolant, which will preferably be water, so that the device better withstand the temperatures reached inside.
  • coolant which will preferably be water
  • the gun (1) is connected to the welding machine and to the DC outlet (10), so that it circulates through the conductors (3) at the corresponding intensity thanks to The performance of the transformers (4) that suits
  • the microcontroller (5) emits a light signal (7) and / or an audible signal, indicating that there is an anomaly in the conductors (3).
  • a temperature meter (8) makes a measurement of the conductor, if this measurement exceeds the preset, in the same way the micro (5) by means of the necessary mechanisms will turn on a light (9) and / or sound element that warns of the anomaly.
  • the program inserted in the micro (5) once the aforementioned faults have occurred, it will have the ability to disconnect the current to the conductors (3) of the torch (1), or modify the conditions of use.
  • the supply current (10) nourishes the conductors (3), which divides this current in two, circulating half through each of them, so that, at the end of the tour, the two conductors meet again adding their intensities and therefore the required working power at the tip of the torch for welding work.

Abstract

Pistola para soldadura con doble conductor, compuesta de un cuerpo de antorcha (1) y de una báscula electrónica (2) que mide Ia intensidad con unos sensores (6) dispuestos en cada conductor (3) y con medios para generar una alarma cuando se produzca un desequilibrio entre las intensidades quecirculan por sendos conductores, para Io que utiliza un microcontrolador (5) que se encuentre conectado a sensores de intensidad (6), de temperatura (8) de los conductores y con salidas para indicativos de avería o anomalía; el programa del microcontrolador (5) calcula Ia diferencia entre las magnitudes de las dos señales de intensidad, y determina cual de las dos magnitudes es Ia mayor, y según parámetros predeterminados, emite Ia correspondiente señal de alarma.

Description

PISTOLA PARA SOLDADURA CON DOBLE CONDUCTOR
Objeto de Ia invención
La presente pistola para soldadura con doble conductor consta de una clavija eléctrica industrial específica para su conexión a un convertidor de energía eléctrica, un mazo de conductores dentro de una manguera aislada y una pistola de soldadura (también llamada "antorcha") con cuya punta se realiza Ia función de soldadura, todo ello dispuesto de tal manera que puede generar una alarma que avisa al sistema de control de proceso que se ha producido un fallo de los conductores.
Su campo de aplicación es Ia industria destinada al campo de Ia soldadura industrial.
Antecedentes de Ia invención
En Ia actualidad, en Ia soldadura industrial, tanto automática como manual, el fallo del conductor de Ia intensidad genera pérdidas de producción, y cuando el fallo ocurre en los períodos en los que no hay supervisión humana, Ia soldadura se detiene en ese punto hasta su reposición, generando costes de reajuste de posición de Ia cadena de producción. El fallo puede deberse a diversas causas como Ia degradación del material del conductor por corrosión, Ia ruptura por fatiga mecánica o el sobrecalentamiento.
Descripción de Ia invención
Esta pistola o antorcha está diseñada para conectarse a un sistema de alimentación eléctrica en comente continua que suministra una tensión comprendida entre 10 y 40 Voltios y una intensidad comprendida entre 1 y 400 Amperios, pudiendo alcanzarse una intensidad máxima de 500 A.
El autor de Ia presente invención propone solucionar el problema mencionado anteriormente con el empleo de dos conductores. El fallo de uno de los conductores deberá generar una alarma que podrá ser empleada para detener el proceso voluntariamente y/o con posibilidades de continuarlo bajo condiciones de trabajo similares, ya que cada uno de los conductores por sí solo es capaz de soportar Ia intensidad de corriente necesaria para las condiciones normales de operatividad
Los dos conductores nacen de un mismo contacto en Ia clavija, discurren de manera paralela por conductos separados refrigerados o no y, al llegar a Ia pistola (antorcha), se vuelven a unir para presentar Ia totalidad de Ia intensidad a Ia punta de soldadura. La ventaja de esta solución es que, si se emplea Ia misma cantidad de cobre y se divide el conductor en dos partes iguales, Ia superficie total en contacto con el líquido refrigerante, que será preferentemente agua, aumenta por un factor igual a Ia raíz cuadrada de dos.
Esta ventaja se puede aprovechar de dos maneras. La primera manera consiste en mantener Ia masa de cobre original y disminuir las exigencias impuestas al sistema de refrigeración de los cables para que se produzca un ahorro en dicho subsistema.
La segunda manera consiste en mantener el sistema de refrigeración de los cables y reducir Ia masa de cobre a Ia mitad para lograr Ia misma superficie total en contacto con el agua para que se produzca un ahorro de cobre. El correcto funcionamiento de Ia antorcha depende del correcto equilibrio de las intensidades que fluyen por los dos conductores ya que Ia capacidad de cada conductor estará limitada a Ia mitad de Ia intensidad total.
Al fallar uno de los dos conductores, el otro conductor se vería sobrecargado por una intensidad superior a Ia mitad de Ia intensidad total que Io sobrecalentaría y finalmente produciría su fallo. Para evitar dicho fallo se dispone de un medio para generar Ia alarma que avise al sistema de control del proceso de soldadura cuando se produzca un desequilibrio de las intensidades que discurren por los conductores.
El sistema de control de proceso podrá detener el proceso, y/o avisará al operario de un fallo en el sistema que es necesario reparar, pero no obligaría a detener el proceso de soldadura. Descripción de los dibujos
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva, como parte integrante de Ia misma, una figura en Ia que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
Figura 1- Representa esquemáticamente una realización práctica de Ia pistola objeto de Ia presente invención con los medios y dispositivos de seguridad que se propugna.
Realización preferente de Ia invención
Como se puede apreciar en las figuras adjuntas se distingue en primer lugar, un cuerpo de pistola o antorcha (1) para soldadura Ia cual dispone de una báscula electrónica (2) que mida Ia intensidad de cada conductor (3) y genere una alarma cuando se produzca un desequilibrio entre dichas cargas. Esto se pretende lograr mediante Ia utilización de un microcontrolador (5) que se encuentre conectado a dichos sensores de intensidad (6) de efecto de HALL que midan Ia intensidad de cada conductor sin necesidad de entrar en contacto galvánico con ellos.
El microcontrolador (5) se programa para calcular las intensidades medias individuales y el valor absoluto de su diferencia. La alarma se produciría si el valor absoluto de Ia diferencia superase un determinado límite prefijado.
Las condiciones de trabajo para el sistema electrónico son muy severas ya que se coloca un microcontrolador (5) adyacente a unos conductores (3) por los cuales se anticipan intensidades de hasta 500 amperios, por Io que este sistema portará las medidas oportunas para blindarlo contra los efectos de estas intensidades. - A -
Se ha diseñado una báscula electrónica (2) para medir las intensidades presentes en dos conductores (3).
La báscula (2) dispone de dos dispositivos (6) capaces de medir Ia intensidad que fluye por los dos conductores (3) de Ia antorcha (1). Las señales de los medidores de intensidad reciben sendos tratamientos para adaptarlas a las necesidades del proceso. El tratamiento se realiza en dos etapas claramente diferenciadas.
La primera etapa consta de un filtro activo que permite el paso de frecuencias por debajo de los 5 Hz y emplea Ia técnica de Bessel del cuarto orden, empleando el filtro correspondiente para eliminar el ruido eléctrico de alta frecuencia superpuesto a Ia señal. Además, el filtro produce el valor medio de Ia corriente pulsante, que es una técnica empleada habitualmente en el campo de Ia soldadura.
La segunda etapa consta de un rectificador activo cuya función consiste en representar en su punto de salida una señal con polaridad positiva que tenga Ia misma magnitud que Ia señal en su punto de entrada, tanto si ésta era positiva como negativa. Esto se hace por exigencia de Ia etapa posterior que sólo admite señales de polaridad positiva. Este rectificador activo permite Ia medición correcta de Ia intensidad independientemente del sentido en que se hayan introducido los conductores (3) en Ia báscula (2). Este es un aspecto importante ya que elimina Ia posibilidad de errores de sentido de montaje durante Ia fabricación.
La señal debidamente tratada se introduce en un microcontrolador (5) que posee circuitos que convierten Ia señal analógica en una representación numérica o digital. El programa del microcontrolador (5) calcula Ia diferencia entre las magnitudes de las dos señales de intensidad, y determina cual de las dos magnitudes es Ia mayor.
A continuación obtiene el cociente de Ia diferencia, obtenida anteriormente, dividida por Ia mayor de las dos magnitudes. Si este cociente superase un valor determinado, por ejemplo el 25%, se produciría una señal de alarma que activaría Ia alarma de intensidad por cualquier método conocido. Adicionalmente se iluminaría un piloto luminoso de lámpara LED (7) correspondiente al conductor que hubiese sufrido Ia merma de su intensidad.
El microcontrolador (5) puede conectarse a un sensor de temperatura
(8) que sirve para detectar el sobrecalentamiento del mango de Ia antorcha (1) de soldadura. El microcontrolador se ha programado para medir Ia señal proveniente del sensor de temperatura (8) y operar como un termostato. Si se superase el límite de temperatura programado, se produciría una señal de alarma que activaría al relé de alarma de temperatura. Adicionalmente se iluminaría un piloto luminoso (9) de lámpara LED correspondiente a Ia alarma de sobrecalentamiento del mango de Ia antorcha de soldadura.
La antorcha (1) puede disponer de un sistema de refrigeración (11) con su entrada y salida de líquido refrigerante, el cual preferentemente se tratará de agua, con el fin de que el aparato soporte mejor las temperaturas alcanzadas en su interior.
Su aplicación y funcionamiento es bien sencillo, para ello se conecta Ia pistola (1) a Ia máquina de soldadura y a Ia toma de corriente continua (10), de manera que, ésta circula por los conductores (3) a Ia intensidad correspondiente gracias a Ia actuación de los transformadores (4) que adecúa
Ia corriente de entrada a Ia de trabajo. En esta situación el microcontrolador
(5), con Ia báscula (2) mediante un medidor de intensidad (6) mide Ia intensidad que circula por los dos conductores, si el cociente entre Ia diferencia absoluta de las dos mediciones y Ia mayor intensidad, es superior a un valor predeterminado, el microcontrolador (5) emite una señal luminosa (7) y/o sonora, indicativo de que existe una anomalía en los conductores (3).
Si el micro (5) no detecta irregularidades en las intensidades, al mismo tiempo, un medidor de temperatura (8) realiza una medición del conductor, si esta medición supera Ia preestablecida, de igual manera el micro (5) mediante los mecanismos necesarios encenderá un elemento luminoso (9) y/ o sonoro que avise de Ia anomalía. En función, del programa insertado en el micro (5), una vez ocurridas las averías mencionadas, tendrá Ia capacidad de desconectar Ia corriente a los conductores (3) de Ia antorcha (1), o modificará las condiciones de utilización.
Si ninguna de estas situaciones se da, Ia corriente de alimentación (10) nutre los conductores (3), Io que divide esta corriente en dos, circulando Ia mitad por cada uno de ellos, de manera que, al final del recorrido, los dos conductores vuelven a reunirse sumando sus intensidades y por consiguiente Ia potencia de trabajo requerida en Ia punta de Ia antorcha para los trabajos de soldadura.
Con esta antorcha para soldadura perfeccionada, se consigue que Ia intensidad de trabajo de cada uno de los dos conductores (3) de los que se compone, sea recorrido por Ia mitad de Ia intensidad de corriente que se requiere en punta, de manera que, si en Ia báscula electrónica (2) se detecta una desigualdad de esta corriente, Ia antorcha Io comunica de una manera visible; así como si Io que se extralimita es Ia temperatura de los conductores. Todo ello, según unos parámetros preestablecidos y programados en el microcontrolador (5)
Una vez descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia presente invención, así como una aplicación práctica de Ia misma, sólo nos queda por añadir que, tanto su forma como los materiales y ejecución de Ia misma, son susceptibles de modificaciones, siempre y cuando no afecten de forma substancial a las características que se reivindican a continuación:

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Pistola para soldadura con doble conductor, de las que se emplean conectadas a una máquina de soldar y alimentadas por una corriente eléctrica continua, caracterizado porque, se compone de un cuerpo de antorcha (1) Ia cual dispone de una báscula electrónica (2) que mide Ia intensidad, con los sensores (6) de cada conductor (3) y con medios para generar una alarma cuando se produzca un desequilibrio entre dichas cargas, para ello se utiliza un microcontrolador (5) que se encuentre conectado a los mencionados sensores de intensidad (6), de temperatura (8) de los conductores y con salidas para indicativos de avería o aviso; donde el tratamiento de los datos en el microcontrolador (5) convierten Ia señal analógica en una representación numérica o digital; el programa del microcontrolador (5) calcula Ia diferencia entre las magnitudes de las dos señales de intensidad, y determina cual de las dos magnitudes es Ia mayor, realizándose en dos etapas claramente diferenciadas, con posibilidades de ser refrigerada Ia antorcha con un sistema de refrigeración (11); así mismo el cuerpo de Ia pistola aloja los correspondientes transformadores (4) para el tratamiento adecuado de Ia corriente continua de entrada.
2.- Pistola para soldadura con doble conductor, según reivindicación primera, caracterizado porque, Ia primera etapa consta de un filtro activo que permite el paso de frecuencias por debajo de los 5 Hz y emplea Ia técnica de Bessel del cuarto orden, empleando el filtro correspondiente y, además, el filtro produce el valor medio de Ia corriente pulsante.
3.- Pistola para soldadura con doble conductor, según reivindicación primera y anterior, caracterizado porque, Ia segunda etapa consta de un rectificador activo cuya función consiste en representar en su punto de salida una señal con polaridad positiva que tenga Ia misma magnitud que Ia señal en su punto de entrada, tanto si ésta era positiva como negativa.
4.- Pistola para soldadura con doble conductor, según reivindicación primera y anterior, caracterizado porque, en función del valor que el microcontrolador (5) obtiene del cociente de, Ia diferencia entre las dos intensidades medidas, y Ia mayor de las dos magnitudes, si este cociente superase un valor determinado, el dispositivo activaría Ia señal de alarma correspondiente.
5.- Pistola para soldadura con doble conductor, según reivindicación primera, caracterizado porque, el microcontrolador (5) activa los medios de alarma (9) cuando Ia medición de Ia temperatura medida con el sensor (8) es superior a un valor predeterminado.
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