Widerstandsschweißen ist ein Verfahren, bei dem zwei Werkstücke durch Erwärmung aufgrund elektrischen Widerstands und Anwendung von Druck miteinander verschweißt werden. Es wird ohne Schweißzusatzstoffe gearbeitet, wodurch eine saubere und schnelle Verbindung entsteht.
Zu den gängigsten Widerstandsschweißverfahren gehören:
- Punktschweißen: Einzelne Punkte werden durch Elektroden zusammengepresst und verschweißt.
- Buckelschweißen: Vorgeprägte Buckel oder Erhebungen auf den Werkstücken werden verschmolzen.
- Abbrennstumpfschweißen: Die Werkstücke werden durch kontrolliertes Abbrennen der Kontaktflächen und nachfolgendes Zusammendrücken verbunden.
- Stumpfschweißen: Die Werkstücke werden durch direkten Kontakt und Druck miteinander verschweißt.
- Rollnahtschweißen: Kontinuierliche Schweißnähte werden durch rotierende Elektroden erzeugt.
Beim Gleichstromverfahren (DC) wird eine konstante Gleichspannung verwendet. Gleichstrom erzeugt eine gleichmäßige Erwärmung, wodurch eine stabilere Schweißnaht erreicht wird. Die Stromquelle kann durch einen Mittelfrequenzgleichrichter (MFDC) bereitgestellt werden, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.
Der Schweißtransformator wandelt den Netzwechselstrom in Niederspannung mit hohem Strom um, der für das Widerstandsschweißen erforderlich ist. Beim Punktschweißen, Buckelschweißen und Rollnahtschweißen wird der transformierte Strom direkt in die Schweißstelle geleitet.
Ein 3-Phasengleichrichter wandelt Dreiphasen-Wechselstrom in Gleichstrom um. Diese Technologie ermöglicht eine präzisere Regelung des Schweißstroms und sorgt für eine gleichmäßige Erwärmung, was besonders beim Abbrennstumpfschweißen vorteilhaft ist. Sie reduziert auch Netzschwankungen und verbessert die Energieeffizienz.
Mittelfrequenzgleichrichtereinheiten (MFDC) arbeiten mit einer Frequenz von ca. 1.000 Hz und erzeugen dadurch eine stabilere und effizientere Schweißung im Vergleich zu traditionellen Wechselstromverfahren (AC). MFDC-Systeme sind kleiner, leichter und haben einen geringeren Energieverbrauch, da weniger Verluste durch Magnetisierung des Schweißtransformators entstehen.
Das Wechselstromverfahren (AC) wird typischerweise in traditionellen Widerstandsschweißsystemen eingesetzt, wie beim Punktschweißen oder Buckelschweißen. Es bietet eine kostengünstige Lösung, ist jedoch weniger effizient als moderne MFDC-Systeme, da es bei jeder Halbwelle des Stroms zu einem Nullpunkt kommt, was zu Energieverlusten führen kann.
Beim Rollnahtschweißen werden rotierende Elektroden verwendet, um eine kontinuierliche Schweißnaht zu erzeugen. Diese Technik ist ideal für lange und dichte Verbindungen. In Kombination mit einem MFDC-Schweißsystem wird eine konstante Wärmeübertragung sichergestellt, was die Qualität der Schweißnaht erhöht.
Beim Abbrennstumpfschweißen werden die beiden Werkstücke unter Spannung gehalten und so stark erhitzt, dass Material an den Kontaktflächen schmilzt und abrennt. Anschließend werden die Werkstücke unter Druck zusammengeschoben, was eine hochfeste Schweißverbindung erzeugt. Dieses Verfahren erfordert präzise Steuerung, oft durch 3-Phasengleichrichter oder MFDC-Systeme.
Der Einsatz von 3-Phasen Wechselstromgleichrichtereinheiten ermöglicht eine gleichmäßigere Stromversorgung im Vergleich zu Einphasen-Wechselstromsystemen. Dadurch wird die Schweißqualität erhöht, insbesondere bei dickeren Materialien oder komplexen Bauteilen, wie sie beim Stumpfschweißen oder Abbrennstumpfschweißen verwendet werden.
Ein wassergekühlter Hochstromtransformator mit Gleichrichter enthält zusätzlich eine Gleichrichtereinheit, die den umgewandelten Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Diese Art von Transformator wird bei Gleichstromverfahren (DC) wie im Abbrennstumpfschweißen oder Rollnahtschweißen eingesetzt. Im Gegensatz dazu erzeugt ein Transformator ohne Gleichrichter reinen Wechselstrom (AC) und wird in klassischen Schweißverfahren wie dem Punktschweißen verwendet.
Die Wasserkühlung erfolgt durch Kühlkanäle, die um die wichtigsten Komponenten wie die Wicklungen und den Eisenkern des Transformators verlaufen. Wasser wird kontinuierlich durch diese Kanäle gepumpt, um die durch den Stromfluss erzeugte Wärme effektiv abzuleiten. Dies stellt sicher, dass der Transformator auch bei Dauerbetrieb stabil und zuverlässig bleibt.
Der typische Aufbau eines wassergekühlten Hochstromtransformators umfasst:
- Primärwicklung: Die Wicklung, die den Netzstrom aufnimmt.
- Sekundärwicklung: Die Wicklung, die die umgewandelte Spannung und den hohen Strom abgibt.
- Eisenkern: Er dient zur Erhöhung der magnetischen Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung.
- Wasserkühlsystem: Kanäle für das Wasser, das durch Pumpen zirkuliert wird, um die Komponenten zu kühlen.
- Bei Ausführungen mit Gleichrichter ist zusätzlich eine Gleichrichtereinheit integriert.
Die Hauptvorteile eines wassergekühlten Hochstromtransformators sind:
- Effiziente Wärmeableitung: Hohe Temperaturen werden schnell und effizient abgeführt, wodurch der Transformator auch bei hoher Leistungsabgabe stabil bleibt.
- Längere Lebensdauer: Durch die Kühlung werden Überhitzungsschäden vermieden, was die Lebensdauer der Komponenten erheblich verlängert.
- Kontinuierlicher Betrieb: Ideal für Anwendungen, die einen konstanten, hohen Schweißstrom erfordern, wie beim Rollnahtschweißen oder Abbrennstumpfschweißen.