Erweiterung des Anwendungsbereiches des Kondensatorimpulsschweißens

Untersuchungsgegenstand war die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten des Kondensatorimpulsschweißens. Dazu wurde hauptsächlich der zum Schweißen genutzte Impulstransformator untersucht, der die elektrischen Parameter des Schweißstromimpulses maßgeblich beeinflusst. Bestimmender Faktor für das elektrische Verhalten des Impulstransformators ist dabei vor allem die Transformatorkonstruktion, insbesondere auch die Anzahl und Aufteilung der Teilwicklungen auf dem Kern des Transformators und die sich daraus ergebende primäre und sekundäre Streuinduktivität.Für Transformatoren existieren Näherungsverfahren, nach denen sich die Parameter ihrer Ersatzschaltungen berechnen lassen. In den dargestellten Untersuchungen wurde gezeigt, dass diese Rechenverfahren auch für Impulstransformatoren anwendbar sind und Resultate liefern, die eine Vorausbestimmung von Ausgangsströmen der Kondensatorimpulsschweißeinrichtung ermöglichen. Diese Aussage ist ein wichtiges Ergebnis des Forschungsvorhabens. Die durchgeführten FEM-Simulationen führten zu Aussagen über die Stromdichteverteilung in den Wicklungen und die Magnetfeldverteilung bzw. den Verlauf von Magnetflusslinien im Kern bzw. im Kernfenster, die zum Verständnis der internen Vorgänge in Impulstransformatoren beitragen.In Schaltungssimulationen wurden Variationen wesentlicher Einflussparameter auf Höhe und Pulsbreite des Ausgangsstromes durchgeführt. Zudem wurde eine Versuchsanordnung aufgebaut, an der die Ergebnisse von Berechnung und Simulation überprüft werden konnten.Als Ergebnis des durchgeführten Forschungsvorhabens lässt sich festhalten, dass die zur Erweiterung des Anwendungsbereiches des Kondensatorimpulsschweißens notwendige Erhöhung der Sekundärströme bei Verkürzung der Schweißzeit u.a. durch Erhöhung der Ladespannung bei gleichzeitiger Verringerung der Kapazität des Speicherkondensators erreicht werden kann. Der Einfluss einer Sättigung des Kerns wirkt sich überwiegend auf den Primärstrom des Impulstransformators aus und hat nur einen geringen Einfluss auf den Sekundärstrom, wenn der Zeitpunkt des Eintritts der Sättigung nach dem Strommaximum des Sekundärstromes liegt. Beeinflusst wird dieser Effekt durch den Luftspalt. Hier kann eine Optimierung der Transformatorkonstruktion ansetzen.Bei den Untersuchungen wurde die Anlagenausführung mit einem einzelnen Transformator betrachtet, während in industriellen Anwendungen zur Erzeugung höherer Stromstärken auch mehrere Transformatoren parallelgeschaltet werden. Die erarbeiteten Verfahren, Werkzeuge und Ergebnisse lassen sich sinngemäß auch auf parallelgeschaltete Transformatoren anwenden.