Schweissmaschinen

Punktschweißen

Kurz und prägnant erklärt: das Punktschweißverfahren

Widerstand-Pressschweißen mit einem Punktschweißgerät

Unabhängig davon, welches Punktschweißgerät zum Einsatz kommt, werden beim Punktschweißen immer Werkstücke aus Metall durch Zusammenpressen zwischen zwei Elektroden und das Zuführen von Strom zusammengefügt. Durch den lokalen Stromfluss entsteht Wärme. Die beiden Werkstücke werden an der zu verschweißenden Stelle durch den Stromfluss bis zum Schmelzen des Materials erhitzt und unter der Anpresskraft der aus Kupferlegierungen bestehenden Elektroden bildet sich eine sogenannte Schweißlinse aus. Die nötige Schweißzeit variiert ebenso in Abhängigkeit von der konkreten Schweißaufgabe wie Schweißstrom und Elektrodenkraft. Grundsätzlich gilt jedoch: Punktschweißen geht schnell – innerhalb weniger Sekunden, wobei die eigentliche Schweißzeit in der Regel weit unter einer Sekunde liegt. Es werden keinerlei Zusatzmaterialien benötigt. Das Verfahren schafft dauerhaft stabile Verbindungen, ist leicht zu handhaben und eine der wirtschaftlichsten Verbindungsarten. Auch deshalb kommt das Widerstandspunktschweißgerät in vielen automatisierten Produktionsprozessen zum Einsatz. Das Punktschweißen von Aluminium stellt besondere Anforderungen an Schweißgeräte aller Art.

Widerstandspunktschweißgerät: verschiedene Techniken nutzbar

Das Widerstandspunktschweißen arbeitet, wie der Name schon sagt, mit dem Widerstand zwischen den aufeinanderliegenden zu verschweißenden metallischen und leitenden Werkstoffen. Durch den Schweißstrom entsteht an der Übergangsstelle zwischen den Bauteilen – dort wo der Widerstand am größten ist – die meiste Wärme. Und diese ist erforderlich, um das zu verbindende Material entsprechend aufzuschmelzen und miteinander zu verbinden. Damit ist der Schweißstrom – neben der Schweißkraft – die entscheidendste Größe beim Widerstandsschweißen. Je nach verwendeter Technologie, schwankt die Dauer des Schweißstroms zwischen wenigen Millisekunden bis hin zu mehreren Sekunden.

 

Die 4 gängigsten Arten zur Erzeugung des Schweißstroms sind:

  • 1-Phasen-Wechselstromschweißen (AC)
  • 3-Phasen-Gleichstromschweißen(DC)
  • Mittelfrequenzschweißen (MF-DC)
  • Kondensatorentladungsschweißen (KE)

Das 1-Phasen-Wechselstromschweißen war lange Zeit die häufigste Variante zum Erzeugen des Schweißstroms, da es gleichzeitig auch die kostengünstigste und einfachste Möglichkeit darstellte, eine Widerstandsschweißanlage oder Schweißzange zu fertigen. Doch ist dies nicht die technologisch beste Möglichkeit. Da hier nur bei jeder positiven Halbwelle des klassischen Wechselstroms die entsprechende Energie in das Schweißgut eingebracht wird, dauert die Wärmeeinbringung bis zum Aufschmelzen des Materials entsprechend länger und die Wärme hat genügend Zeit , sich in der Umgebung des zukünftigen Schweißpunktes auszudehnen. Dies führt zu ungewünschten Verfärbungen (Anlauffarben) und zu Abbrand eventuell vorhandener Beschichtungen. Daneben gibt es noch einige weitere Nachteile wie hohe Stromaufnahme, unsymmetrische Netzbelastung, Leistungsverlust bei großen Sekundärfenstern, Einstell- und Regelgrößen nur im Periodenbereich anstelle von Millisekunden, usw.

 

Beim 3-Phasen-Gleichstromschweißen werden 3 Wechselstromtransformatoren sekundärseitig zusammengeschaltet, und mittels Dioden-Gleichrichterpaket wird der Wechselstrom in einen Gleichstrom umgewandelt. So steht ein deutlich höherer und energiereicherer Schweißstrom zur Verfügung, auch große Sekundärfenster können ohne große Leistungsverluste überbrückt werden und der Netzanschluss ist symmetrisch, was kleinere Zuleitungen und Absicherungen zur Folge hat.Nachteil des Systems sind die relativ hohen Investitionskosten, der benötigte Platzbedarf durch die 3 Transformatoren und die Gleichrichter sowie der relativ lange Stromanstieg.

 

Das Mittelfrequenzschweißen ist quasi eine Kombination aus den beiden vorhergenannten Systemen. Auch hierbei handelt es sich nur um 1 Transformator wie beim AC-System, der aber mit 1000 Hz anstelle von 50 Hz angesteuert wird und einen sekundärseitigen Gleichrichter hat. So können die Vorteile des DC Schweißens genutzt werden (energiereicher Schweißstrom, geringer Netzanschluss und Absicherung, Überbrückung großer Sekundärkreisen ohne große Leistungsverluste usw.). Dazu kommen aber noch Vorteile wie sehr schneller Stromanstieg, der in Kombination mit dem energiereichen Schweißstrom sehr kurze Schweißzeiten ermöglicht und somit Anlauffarben und Abbrand von Beschichtungen stark reduziert, eine um 20x genauere Einstell- und Regelmöglichkeit, da das System mit 1000 Hz anstatt mit 50 Hz arbeitet und eine Reduzierung der Größe und des Gewichtes des Trafos, was einen Einsatz in Hand- und Roboterschweißzangen ermöglicht.

 

Nach wie vor gilt dagegen das Kondensatorentladungsschweißen teilweise immer noch als „Exot“. Das dies nicht der Fall ist, beweist NIMAK immer wieder mit ausgeklügelten Anlagen und Konzepten für Schweißaufgaben, die sich so nur mit der KE-Technik prozesssicher lösen lassen. Beim KE-Schweißen wird während der Stillstandzeit der Maschine, z.B. beim Bestücken mit Bauteilen, eine Kondensatorbatterie aus dem Netz aufgeladen. Dies kann in weniger als 1 Sekunde erfolgen, aber auch über mehrere Sekunden gestreckt werden. Je mehr Zeit zum Aufladen zur Verfügung steht, desto geringer ist der benötigte Netzanschluss und je nach Größe kann eine solche Maschine quasi an der normalen „Steckdose“ aufgeladen werden. Ist die Maschine startklar, wird die vorher aufgeladene Kondensatorbatterie über den Schweißtrafo entladen. Dies geschieht in weniger als 10 Millisekunden, die benötigte Schweißenergie wird nur in die aufzuschmelzende Zone eingebracht und das umgebene Material wird nicht mit erwärmt. Das ist auch ein Grund, warum KE-Maschinen teilweise sogar auf eigene Wasserkühlung verzichten können!  Durch die Anzahl der Kondensatoren lassen sich so Schweißströme bis zu 800.000 Ampere erreichen. Nachteil des KE-Systems ist der benötigte Platzbedarf durch die Kondensatorenschränke und die relativ großen und schweren Transformatoren, die einen Einsatz z. B. in Schweißzangen nur bedingt zulassen. Ein Blick in die Preisliste entkräftet aber ein landläufiges Vorurteil, dass KE-Maschinen immer bedeutend teurer als MF-Systeme wären. Im Gegenteil – je mehr Schweißstrom benötigt wird, desto günstiger wird eine Anlage mit KE-Technik im Vergleich zur MF-Technik.

Materialien verbinden durch Widerstandspunktschweißung

Das Punktschweißen verbindet Metalle miteinander, indem es die Atome zweier Teile dazu bringt, zu interagieren – beispielsweise im schmelzflüssigen Zustand. Ob und wie gut Teile durch Punktschweißen miteinander verbunden werden können, hängt von den physikalischen Eigenschaften der zu verbindenden Teile ab. Und davon, wie sie sich im Zusammenwirken mit den Elektrodenmaterialien verhalten. Die Voraussetzungen für den Einsatz des Punktschweißverfahrens sind besonders gut, wenn beide Materialien ähnliche Schmelzpunkte haben und eine geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweisen. Auch eine hohe Material-Verformbarkeit erleichtert das Punktschweißen. In der Schweißpraxis werden drei Materialgruppen unterschieden:

  • Materialien mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit und geringer Schweißneigung: beispielsweise Aluminium und Edelmetalle wie Gold, Silber und Bronze
  • Materialien, die untereinander leicht verschweißt werden können: u.a. Nickel, Titan, Platin
  • harte und spröde Materialien mit hoher Schmelztemperatur und mittlerer elektrischer Leitfähigkeit wie beispielsweise Chrom und Eisen

Schweißzangen und Punktschweißmaschinen

Neben der Punktschweißmaschine kommen für das Widerstandspunktschweißen auch Hand- und Roboterschweißzangen zum Einsatz. Diese Zangen bestehen im Wesentlichen aus einem Antrieb, einem Schweißtransformator, einem Krafterzeugungssystem sowie zwei Elektrodenarmen. Schweißzangen können in X- oder C-Bauweise ausgeführt werden. Die erste Roboterschweißzange wurde in den 70er-Jahren von NIMAK entwickelt und auf den Markt gebracht. Heute kommen sie weltweit in automatisierten Produktionsprozessen rund um das Thema Blechbearbeitung und -verarbeitung zum Einsatz. Für die industrielle Fertigung werden neben den mobilen Schweißzangen – ausgeführt als Hand- und Roboterzangen – auch stationäre Punktschweißmaschinen genutzt. Je nach Schweißanforderung als Tisch- oder Standmaschinen. Das Punktschweißen von Aluminium stellt besondere Anforderungen an Schweißgeräte und erfordert hohe Ströme, die nur mittels spezieller Hochleistungstransformatoren erreicht werden können.

Schweißpunkt-Verfahren in verschiedenen Branchen

Schweißpunkt-Verfahren kommen beispielswiese in der Automobilproduktion zum Einsatz, bei der Herstellung von Haushaltswaren und in der Metallbearbeitung und -verarbeitung. Auch in der Luft- und Raumfahrt werden Teile mit Hilfe der Punkt-Schweißtechnik gefügt, um dauerhaft verlässliche und robuste Verbindungen zu schaffen. Während Roboterschweißzangen in automatisierten Produktionsprozessen genutzt werden, arbeiten Unternehmen im Prototypenbau oder in Testphasen gerne mit Handzangen. Auch Handwerksbetriebe setzen Handzangen und damit das Widerstandspunktschweißen gezielt ein.

Unsere Lösungen für Ihre Herausforderungen: Punktschweißgerät kaufen

Als Ihr Partner rund um das Thema Punktschweißen entwickeln, konstruieren und fertigen wir für Sie die Schweißzangen und Schweißmaschinen, die exakt zu Ihren Anforderungen passt. Das Produktspektrum reicht von kompletten Neuentwicklungen, über Baukastensysteme mit Individualisierungsoptionen bis hin zu Standardmaschinen, die wir an Ihren Bedürfnissen ausrichten und entsprechend Ihrer Anforderungen ausführen. Lernen Sie unsere Auswahl für Ihr Punktschweißgerät kennen:

NIMAK-Handzangen:

NIMAK-Roboterschweißzangen: