Kondensatorentladungsschweißen

Beim Widerstandsschweißen ist es möglich, die Gleichstromversorgung mittels Kondensatorentladung durchzuführen. Hierzu werden entsprechenden Batterien aufgeladen, die dann ihre Energie in Impulsen abgeben. Das Kondensatorentladungsschweißen oder auch „KE-Schweißen“ genannt wird besonders beim Stumpf- oder Buckelschweißen angewendet. Der Gleichstrom, der zum Schweißen notwendig ist, wird durch Entladen eines Kondensators erzeugt. Dabei wird die Energie von einem zuvor aufgeladenen Kondensator mittels eines Schweißtransformators auf das zu schweißende Material abgegeben. Da die Kondensatoren mit einem geringeren Ladestrom aufgeladen werden können, entstehen keine impulsartigen Belastungen für das Stromnetz und eventuelle Überladungen werden vermieden. Die Netzbelastung ist somit recht gering. Zudem werden die Kondensatoren vergleichbar langsam, während der Schweißpausen von 1-2 Sekunden, aufgeladen. Da beim Kondensatorentladungsschweißen Batterien bzw. Kondensatoren geladen werden, können diese mit der Dauer an Kapazität verlieren. Nach einigen Jahren sollten diese ausgetauscht und durch Neue, ersetzt werden.

Die Prozessschritte bei diesem Schweißverfahren bestehen aus der Aufladung des Kondensators und dem darauffolgenden Schweißen vom Werkstück. Damit der Kondensator korrekt aufgeladen wird, verwendet man einen Ladespannungstransformator. Die benötigte Energie kann ausgerechnet werden, damit die Ladespannung bei der vorgegebenen Kapazität für den geplanten Schweißprozess ausreichend ist. Sobald die Aufladung des Kondensators erfolgreich abgeschlossen ist, findet eine elektrische Trennung von Schweißmaschine und Ladungstransformator statt. Während dem Schweißprozess wird die notwendige Elektrodenkraft aufgebracht bevor der Primärstromkreis zwischen Kondensator und Schweißtransformator geschlossen wird. Nun fliest der Strom im Sekundärstromkreis durch die Kontaktfläche der Fügeteile. Die Kondensatorkraft bleibt dabei konstant. Mittels des gedämpften elektrischen Schwingkreises mit induktiver Kopplung, wird die gespeicherte Energie in kürzester Zeit and der Schweißstelle in Wärme umgewandelt.

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Kondensatorentladungsschweißen im Buckelschweißverfahren

Beim Buckelschweißen findet die größte Wärmeentwicklung dort statt, wo der größte Widerstand auftritt, der Buckelspitze. Da es nur zu einer minimalen Energieabfuhr durch Wärmeleitung kommt, sind die Wärmeeinflusszonen beim Kondensatorentladungsschweißen sehr beschränkt. Die Warmfestigkeit des Materials nimmt bei steigender Temperatur ab, sodass der Buckel das Werkstück deformieren kann. Die Wärmeentwicklung schreitet weiter voran, bis die Schmelztemperatur erreicht ist und es zum tatsächlichen Verschweißen kommt. Wenn die Deformation des Buckels zunimmt, wird die elektrische Kontaktfläche der Fügeteile erhöht, wodurch Widerstand und Temperatur abfallen. Nach einem verstärkten Anstieg der Temperatur bis zum Schmelzpunkt, sinkt diese ebenso schnell, was zu einem schnellen Abkühlen der verschweißten Werkstücke führt.

Kurze Schweißzeiten durch starken Stromanstieg

Wenn der Kondensator entladen wird, findet ein starker Stromanstieg statt, der zu kurzen Schweißzeiten führt. Je nach Typ und Modell beträgt die kürzeste Schweißzeit 1 ms. Sind die Kondensatoren entladen, gilt der Schweißvorgang als vollendet. Im Bauteil wird durch die lokale Energiekonzentration eine kleine Wärmeeinflusszone verursacht, was an der kurzen Schweißzeit liegt. Auf diese Weise sorgt das Kondensatorentladungsschweißen selbst bei besonders festen Stählen und verschiedensten Kombinationen von Material für ein sicheres Schweißen. Ausschlaggebend für das Schweißen mit Hochstromimpulsen sind zum einen die Schweißkraft und zum anderen die Schweißenergie. Diese beiden Parameter werden exakt auf die zu schweißenden Werkstücke kalibriert. Der Höchstschweißstrom der Anlage sowie die maximale Energie sind nicht vom Netzanschluss, sondern der Größe der Schweißanlage abhängig.

Das Kondensatorentladungsschweißen zeichnet sich durch die Möglichkeit aus, verschiedene Materialdicken und Werkstoffe miteinander verschweißen zu können.

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