High Efficiency Welder (EFFIWELD)

Problemstellung
Heutige Widerstandsschweißsysteme sind hinsichtlich des Wirkungsgrades nicht oder nur wenig optimiert. Prinzipbedingt wird das Energieversorgungsnetz mit hohen Leistungspulsen belastet. Durch die vorherrschende Technologie der Dioden-Gleichrichter am Eingang der Schweißinverter tritt ein hoher Oberwellen- und Blindleistungsanteil am Netzanschlusspunkt auf. Eine weitere Quelle hoher Verlustleistung sind die Hochstromtransformatoren. Hier treten die wesentlichen Verluste, welche bis zu 80% der benötigten Schweißleistung betragen können, in den Gleichrichterdioden auf. Der ohmsche Widerstand des Sekundärstrompfades sorgt für zusätzlich Verluste. Die gesamte anfallende Verlustleistung muss durch ein geeignetes Kühlsystem, welches meist in Form einer Wasserkühlung ausgeführt ist, abgeführt werden.
Eine Reduktion der auftretenden Verlustleistung senkt für die Anlagenbetreiber nicht nur die Energiekosten sondern vermindert auch die Investitionskosten, da das System für eine geringere Anschlussleistung ausgelegt werden kann.

Projektziele
Ziel des Projektes ist es, den Wirkungsgrad von Widerstandsschweißsystemen signifikant zu erhöhen. Als Nebenziel soll die Prozesssicherheit erhöht werden, da dies zusätzlich für eine Energie- und Ressourceneinsparung sorgt. Während des Projektes werden die wesentlichen Komponenten eines Widerstandsschweissystems untersucht und durch Anwendung und Kombination moderner Technologien optimiert.

Vorgehensweise
Ausgehend von einer grundsätzlichen Anforderungsanalyse werden die Spezifikationen für die einzelnen Komponenten des Systems erstellt. Die Verbindung des Schweißsystems mit dem Energieversorgungsnetz soll nicht über einen Diodengleichrichter sondern durch einen aktiven Gleichrichter erfolgen. Dabei soll im Rahmen des Projektes untersucht werden welche Topologie sich am Besten für die Zielstellung eignet. Die beste Lösung wird in Form eines Prototypen realisiert. Ein Wechselrichter mit intelligenter Steuerung wird den Schweißprozess überwachen und die primärseitige Spannung für den Hochstromtrafo in geeigneter Form bereit stellen. Die Struktur handelsüblicher Hochstromtrafos soll überdacht werden.Durch eine Optimierung des magnetischen und elektrischen Designs wird eine Reduktion der Verluste angestrebt. Der Gleichrichter, welcher üblicher Weise aus Press-Pack Dioden besteht, wird dabeil durch einen neuartigen Gleichrichter mit geringerem Vorwärtsspannungsabfall ersetzt. Die aus Effizienz und Qualitätsgesichtspunkten beste Schalt- und Regelfrequenz wird ermittelt.Durch eine optimale Integration des Schweißtrafos in den Schweißkopf soll der Widerstand des
Sekundärkreises reduziert werden.Die einzelnen technischen Lösungen werden abschließend analytisch und simulativ untersucht, so dass danach an Hand von geeigneten Kriterien die beste Lösung in Form eines Prototypen realisiert werden kann.Die Teilaufgaben bezüglich der Leistungselektronik werden von ENASYS ausgeführt. Die Firma Strunk wird die Teilaufgaben zum Schweißkopf und Gesamtsystem ausführen.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die generierten Erkenntnisse und die entwickelten Komponenten sollen von den Projektpartnern entsprechend Ihren Geschäftsfeldern für die spätere Integration in spätere Produkte genutzt werden.Das vordergründige Anwendungsfeld liegt im Bereich des Widerstandsschweißens insbesondere des Kabelschweißens.
Grundsätzlich können die Ergebnisse des Projektes überall dort eingesetzt werden, wo große elektrische Ströme (z.B. 10.000 A) bei relativ kleinen Spannungen (z.B. 10 V) erforderlich sind. Hier sind die Bereiche Galvanikstromversorgungen und Elektrolyseanwendungen denkbar.

• ENASYS GmbH
• Strunk Connect automated solutions GmbH & Co. KG