Grundsätzlich verwendet EXPERT Dioden des Herstellers ABB. Die gilt bis auf die Ausnahme der sogenannten 6000er Diode, die ebenfalls von der Firma Semikron bezogen werden.
Zur Unterscheidung setzen wir unterschiedliche Kennungen bei den Produktbezeichnungen ein:
| Kennung | IFAVm | IFRMS | IFSM | Sperrspannung | Typ |
|---|---|---|---|---|---|
| B | 7.110 A | 11.200 A | 55.000 A | 200 V | 5SDD 71X0200 |
| C | 11.350 A | 17.800 A | 85.000 A | 400 V | 5SDD 0120C0400 |
| D | 9.244 A | 14.520 A | 64.000 A | 400 V | 5SDD 92Z0401 |
| E | 13.526 A | 21.247 A | 85.000 A | 400 V | 5SDD 0135Z0401 |
| G | 10.502 A | 16.496 A | 74.700 A | 400 V | 5SDD 0105Z0401 |
| H | 10.266 A | 16.125 A | 57.700 A | 400 V | 5SDF 0103Z0401 |
| J | 13.058 A | 20.512 A | 70.000 A | 400 V | 5SDF 0131Z0401 |
Dioden sind auf Grund der thermischen Wechselbelastung einem Verschleiß unterlegen. Dies bedeutet, dass mit jedem Strompuls die interne Temperatur der Dioden von z.B. 20°C auf 80°C angehoben wird. Dies bezeichnet man als den Temperaturhub. In diesem Fall 60K.
Dies bedeutet eine mechanische Belastung auf Grund thermischer Ausdehnung. Jeder Hub verursacht kleinste Risse im Kristallgefüge des Siliziums. Über die Anzahl und Intensität der Risse findet ein Verschleiß in der Diode statt, so dass diese nach einer Zeit x durchschlägt und beidseitig leitend wird.
Expert hat zusammen mit ABB und der Universität Magdeburg für diesen Verschleiß und in Abhängigkeit von Temperaturhub und Kühlung entsprechende Lebensdauermodelle entwickelt, so dass wir in der Lage sind entsprechende Belastungsdiagramme für jeweilige Anforderungen zu definieren.
Standardmäßig werden die Belastungsdiagramme auf 10 Millionen Zyklen berechnet. Im Automobilbereich sind dies 15 Millionen Zyklen. Für Anforderungen wie gepulsten Rollnahtschweißen berechnen wir die Diodenbelastung auch für 300 Millionen Zyklen.
Sie finden die Belastungsdiagramme in den Datenblätter der Transformatoren. Berechnungen zu Einschaltdauer und auch die Bestimmung der Arbeitspunkte können Sie in in unseren Berechungswerkzeugen vornehmen.
EXPERT entwickelt und baut seit vielen Jahren Impulstransformatoren für das Kondensatorentladungsschweißen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass große Energiemengen innerhalb einer relativ kurzen Zeit ( typischerweise 5 ms bis 20 ms) in das Werkstück eingebracht werden können.
Die Energie für den Schweißprozess wird auf Kondensatorbänken gespeichert.
Durch gezielte Entladung über einen Anpasstransformator wird ein Stromimpuls erzeugt, welcher die Bauteile miteinander verschweißt. Der Schweißvorgang selbst ist in den meisten Anwendungen ein Buckelschweißprozess.
Um hohe Energiemengen im Kondensator zu speichern, werden relativ hohe Ladespannungen verwendet. Typische Ladespannungen sind 900 - 3300V.
Das Verfahren ermöglicht aufgrund der hohen Energieeinbringung das Verschweißen auch großformatiger Bauteile und kritischer Materialpaarungen. Mit diesem Verfahren werden für die Automobilindustrie z. B. Zahnräder für Getriebe verschweißt.
Charakteristisch ist weiterhin die optimale Energieausnutzung. Beim Schweißprozessen entstehen nur sehr geringe Wärmeeinflusszonen im Bauteil. Die aufgewendete Energie wird nahezu ausschließlich zum Aufschmelzen des Materials unmittelbar an der Verbindungsstelle genutzt.
In Anlagen mit EXPERT Transformatoren wurden dabei schon Schweißströme bis zu 1.000.000 A erreicht.
Ein weiterer Vorteil des Kondensatorentladungsschweißen ist die relativ geringe Netzbelastung, da die Kondensatoren als Energiepuffer wirken und gleichmäßig in den Pausen zwischen den Schweißungen nachgeladen werden können.
Der Anpasstransformator (Impulstransformator) übernimmt bei diesem Verfahren nicht nur die Funktion der optimalen Energieeinspeisung in den Fügeprozess. Er beeinflusst darüber hinaus mit seinen Eigenschaften entscheidend den zeitlichen Verlauf des Schweißstroms (Impulsform) und damit maßgeblich den Schweißprozesses.
Für die Einschaltdauerberechung betrachtet man das Verhältnis zwischen der eigentlichen Stromzeit zu einer gesamten Zykluszeit. Man unterscheidet bei Transformatoren mit Gleichrichterdioden die Einschaltdauern für den Transformator und die Dioden. Dies hat mit dem thermischen Verhalten der beiden Komponenten zu tun. In der Regel betrachtet man bei den Dioden nur das Verhältnis der Stromzeit mit der Punkt-zu-Punkt Zeit. Für den Transformator kommt noch die Zeit bis zum nächsten Werkstück hinzu, also die Betrachtung der Taktzeit.
Im Allgemeinen gelten dabei Integrationszeiten. Formell gilt für den Transformator eine Integrationszeit von 60s. Dies ist aber abhängig vom Gewicht des Trafos und auch den internen Verlusten. So haben wir für die Baureihe MF8 eine thermische Integrationszeit von ca. 120s.
Bei den Dioden gilt in der Literatur und in den Normen eine Integrationszeit von 2s. Wir haben diese Zeit in die Belastungsdiagramme bereits integriert. Daher sind auch für Stromzeiten >2s Aussagen zur Belastbarkeit in Abhängigkeit von der Einschaltdauer möglich.
Einschaltdauer Transformator:
Einschaltdauer Dioden:
Transformatoren für das Widerstandsschweißen oder auch für Daueranwendungen werden u.a. hinsichtlich ihrer maximalen Strombelastung ausgelegt. Dies bedeutet man betrachtet das Gleichgewicht aus thermischen Verlusten und Kühlung, ohne dass Komponenten wie zum Beispiel Windungen, Isolation, Gießharz ... langfristige Schäden nehmen. Thermische Verluste entstehen durch ohmsche Widerstände und aber auch Verluste im Eisenkern durch Magnetisierungsprozesse.
Im Sinne des oben genannten Gleichgewichtes werden die Komponenten des Transformators (Primärwicklung, Magnetkreis, Sekundärwicklung) dimensioniert.
Bei gepulsten Anwendungen, wie dem Widerstandsschweißen, macht man sich die Trägheit in der Erwärmung der Komponenten zu Nutze und kann daher den Transformator gezielt überlasten. Diese Überlastung ist explizit verbunden mit dem Verhältnis zwischen Stromzeit und Zeiten ohne Stromfluss. Dieses Verhältnis ist mit dem Begriff der Einschaltdauer verknüpft.
Aufgrund der quadratischen Abhängigkeit der Verluste zum Strom kann man die maximale Überlastung in Abhängkeit von der Einschaltdauer einfach berechnen. Da der Anwender für seine Schweißaufgabe einen bestimmten Strom benötigt und der Transformatorhersteller aber den Transformator auf den Dauerstrom auslegen muss, muss hier jeweils hin- oder hergerechnet werden.
I2s - Schweißstrom
I2p - Dauerstrom
X - Einschaltdauer
Wenn man einen Schweißstrom und eine Einschaltdauer hat, kann man den benötigten Dauerstrom wie folgt berechnen:
Wenn man den Dauerstrom des Transformators hat, kann man den maximalen Schweißstrom bei gegebener Einschaltdauer wie folgt berechnen.
Gern können Sie diese Rechnung in unserem Onlinerechner unter dem Reiter Schweißstrom und Dauerstrom selbst vornehmen.
Allgemein
Die vorgeschlagenen Prüfungen stellen nur ein Hilfsmittel zur schnellen Überprüfung dar. Sie können keine detaillierte Fehleranalyse ersetzen.
Benötigte Hilfsmittel: Multimeter mit Diodenprüfung
Diodentest
Die Schweißzange muss geöffnet sein.
Eine etwaige Spannungsmessung an der Zange könnte ggf. die Messung verfälschen. Sie sollte abgeklemmt werden.
Messung von „Minus“ nach „Plus“ mit dem Multimeter im Diodenprüfmodus (nicht Widerstandsmessung)
- Ist ein Spannungsabfall von ca. 0,25- 0,45V messbar, sind die Dioden i.O.
- Zeigt das Messgerät 0V an, ist mindestens eine Diode defekt.
- Es können nur kurzgeschlossene Dioden detektiert werden. Das ist der häufigste Fehlerfall.
Messung von „Plus“ nach „Minus“ mit dem Multimeter im Diodenprüfmodus
- Zeigt das Messgerät keinen Spannungsabfall an, sind beide Dioden zumindest in Sperrrichtung i. O.
- Ist ein Spannungsabfall oder 0V messbar ist mindestens eine Diode defekt.
Primärwicklung
Messung des Widerstandes zwischen U und V mit einem Multimeter. Dabei müssen die Anschlusskabel gelöst sein. Der gemessene Widerstandswert hängt stark von der Kontaktierung der Prüfspitzen ab.
- Liegt der Widerstand im mΩ-Bereich ist die Wicklung i.O.
- Ist der Widerstand unendlich groß liegt eine Unterbrechung in der Wicklung vor.
Isolation
Messung des Widerstandes zwischen einem Primär- und einem Sekundäranschluss. Aufgrund der geringen Messspannung lassen sich nur grobe Aussagen treffen.
- Ist ein Widerstand im Ω-Bereich messbar, ist die Isolation stark beschädigt.
- Darüber hinaus gehende Aussagen – insbesondere ob die Isolation tatsächlich i.O. ist – lassen sich nur mit einem speziellen Isolationsmessgerät mit höherer Prüfspannung treffen. Typische Isolationswiderstände sind >100 MOhm.
Temperaturwächter
Messung des Widerstands zwischen den Anschlüssen des Temperaturwächters mit einem Multimeter. Dabei muss die Anschlussleitung gelöst sein. Als Temperaturwächter werden Bimetallschalter (Öffner) verwendet:
- Ist ein Widerstand im einstelligen Ω-Bereich oder kleiner messbar, ist der Wächter i.O.
- Ist der Widerstand unendlich groß, ist der Wächter defekt.
Messspule
Messung des Widerstands zwischen den Anschlüssen des Temperaturwächters mit einem Multimeter. Dabei muss die Anschlussleitung gelöst sein.
- Ist ein Widerstand im niedrigen Ω-Bereich (15- 35 Ohm) ist die Messspule i.O.
- Ist der Widerstand unendlich groß oder gegen Null, ist die Messspule defekt.