Eigenbau-Punktschweißgeräte

[Alfred]

Hallo Pedelec Gemeinde,

wie ich anderen Threads entnehme, beschäftigen sich auch andere Kollegen mit Eigenbau Punktschweißgeräten.
Darum denke ich, dass dieses Thema auf alle Fälle einen eigenen Thread Wert ist!

Ich mache hier mal den Anfang und will euch meine Eigenkreation, die ich seit über einem Jahr in Betrieb habe, vorstellen:

Techn. Daten:
Dualpuls - Punktschweißgerät mit Kondensatorentladung (1 Farad und 4 Farad)
Energie: 0-500Ws (Joule)
Puls 1: 0-15V, 1 Farad (2x 0,5F/15V parallel) 0-100Ws
Puls 2: 0-15V, 4 Farad (8x 0,5F/15V parallel) 0-400Ws
Verzögerung Puls 2: 0-200ms
Elektroden: reines Kupfer 8mm
Akku-Verbinder: 0,15mm - 0,25mm Hiluminband


Die beiden Kondensator – Bänke werden (mit Poti einstellbar) über Widerstände bis zu einer gewünschten Spannung von 0-15V aufgeladen. Mit einem weiteren Poti wird die Verzögerung von Puls 1 zu Puls 2 eingestellt. Der 1. Puls wird auf einen Wert eingestellt, dass gerade keine Schweißverbindung entsteht. Dieser dient dazu, dass Verunreinigungen an der Schweißstelle beseitigt werden. Der 2. Puls wird ca. 4-5 mal stärker eingestellt. Dieser stellt dann die eigentlichen Schweißpunkte her.
Die Entladung der Kondensator - Bänke wird mittels 2 Thyristoren (I TSM 6000- 7000A) realisiert.
Ausgelöst wird die Entladung mit einem Fußtaster.

Für die Steuerelektronik habe ich eine Platine entworfen, die Software für den verwendeten PIC 18F4520 hat ein Freund geschrieben.
Wer noch eine genauere Beschreibung haben möchte (12 Seiten PDF), --> bitte PN mit Emailadresse

Hier noch ein paar Bilder dazu:

Gruß
Alfred

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

leider gibt es die Kondensatoren, die Du verwendest hast, nicht mehr von Pollin. Hast Du noch eine Alternative ?

Gruß

 

[Alfred]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Das ist leider im Moment das Hauptproblem bei einem Nachbau...
Ich hatte sie damals von NEUHOLD, aber leider dort auch nicht mehr lieferbar.
Manchmal gibt's bei ebay günstige 1F - Elkos, kann aber nicht sagen, ob die was taugen...

Ich hoffe hier bald von einem Beitrag von "restautron", der hat einen Mikrowellentrafo zum Punktschweißen umgestrickt

Gruß
Alfred

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

das mit dem Trafo ist die klassische Lösung fürs Widerstandsschweißen. Da hier alles Akkuexperten sind, wäre es auch naheliegend, einfach z.B. 50 Li-Zellen zusammenzuschalten. Die haben dann die gängigen 3V und könnten 1000A liefern. Das müßte reichen. Ich wollte es schon lange testen, habe aber noch nicht die Zeit dazu gefunden. Mosfets, die das schalten können sind auch nicht teuer, da sie im KFZ-Bereich verwendet werden.

Gruß

 

[old-papa]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo Pedelec Gemeinde,

wie ich anderen Threads entnehme, beschäftigen sich auch andere Kollegen mit Eigenbau Punktschweißgeräten.
Darum denke ich, dass dieses Thema auf alle Fälle einen eigenen Thread Wert ist!...

Hallo Alfred,
das ist ja fast genau das, was ich auf der Seite: http://www.guido-speer.de/html/punktschweissgerat.html beschrieben habe. Ich möchte dieses Gerät nicht mehr missen, habe allerdings bisher nur Akkus für Funkgeräte und Modellbau geschweisst.....
Das Hauptproblem sind die Kondensatoren, die müssen die Impulsentladung auch dauerhaft aushalten können. Low-ESR-Typen sind da klar im Vorteil. Dann noch die FETs! Die sollten geringen RdsOn haben und einige 100Watts Verlustleistung verbraten können. Meine Versuche mit den legendären BUZxx sind kläglich gescheitert (s. meine Seite), erst wesentlich stärkere Typen brachten Erfolg.

Deine Bilder zeigen auch einen sehr guten Aufbau, gerade bei den Stromschienen haben viele Nachbauer etwas versagt. Es sollten wirklich flächige Verbinder zwischen den Elkos sein, einfache Runddrähte haben trotz vieler qmm erhebliche Induktivitäten.
Sehr schöner Aufbau!

Old-Papa

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

...
Es sollten wirklich flächige Verbinder zwischen den Elkos sein, einfache Runddrähte haben trotz vieler qmm erhebliche Induktivitäten.
...

Hallo,

Warum haben runde Drähte mehr Induktivität ?


Moderne Mosfets haben einen RdsOn von ca. 1 mOhm. Man sollte sie Sperrspannung nicht höher wählen als unbedingt erforderlich, da der RdsOn mit der Sperrspannung ansteigt.

Gruß

 

[old-papa]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,
Warum haben runde Drähte mehr Induktivität ?
Gruß

Weil sie viel weniger Oberfläche haben Gerade bei diesen Kondensator(Impuls)schweissgeräten werden in sehr kurzer Zeit sehr hohe Sröme in die Elektroden "gejagt". Wir sind hier quasi im sehr hohen HF-Leistungs-Bereich und da breiten sich die Sröme nur noch an der Oberfläche eines Leiters aus (Skineffekt). Runddraht = kleinstmögliche Oberfläche gemessen am Durchmesser, "Flachdraht"(also Bleche) = große Oberfläche gemessen an der Blechdicke.
Klar, mit sehr, sehr dicken Drähten geht das auch, doch die verarbeitet als Amateur keiner mehr

Old-Papa

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

man sollte bedenken, normale Elkos haben eine nicht unerheblich Induktivität. Ob da die Leitungen noch ein Rolle spielen ?

An sich spielt die Geschwindigkeit, mit der der Strom ansteigt, beim Widerstandsschweißen auch keine so große Rolle. Es kommt auf die Energie an, die in den Schweißpunkten landet. Bei einfachen Punktschweißgeräten geht die Sekundärwicklung des Trafos auf die Schweißelektroden und man steuert die Energie über die Zeit.

Gruß

 

[Alfred]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo Günther,

ein Schweißvorgang beim Widerstandsschweißen dauert erheblich länger als beim Schweißen mit Kondensatoren.
Da spielt der "Skineffekt" keine Rolle.

Hab mir nen Mikrowellentrafo umgestrickt, Sekundärwicklung entfernt und durch eine fingerdicke 2,5 fache Wicklung ersetzt. Hab mir zwei Elektroden aus Messing gedreht, die mit den Enden der Sekundärwicklung verschraubt wurden. das Ganze wurde in einen Bohrständer eingebaut. Die Spitzen der Elektroden haben einen Abstand von 2,7mm zueinander und werden auf die Schweißbänder gepresst. Der Strom wird zur Zeit noch mittels eines Fußschalters 2 Sekunden lang zugeführt. Werde mir demnächst eine Zeitsteuerung mit einem NE 555 einfallen lassen.

restautron spricht hier von 2 Sekunden!!

Eine Kondensator - Entladung beim Punktschweißen dauert wenige Mikrosekunden, und laut amerikanischen Foren wurden bei ähnlichen Geräten Peak - Ströme von ca. 5000 Ampere gemessen.

Günther schrieb: ...man sollte bedenken, normale Elkos haben eine nicht unerheblich Induktivität.

Darum ist es sinnvoll immer mehrere Elkos parallel zu schalten. --> Verringert den Innenwiderstand und die Induktivität!
Mein 4 Farad - Elko besteht aus 8 Stk. parallelgeschalteten 0.5F Elkos.

Gruß
Alfred

 

[old-papa]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

man sollte bedenken, normale Elkos haben eine nicht unerheblich Induktivität. Ob da die Leitungen noch ein Rolle spielen ?

Doch, Du glaubst nicht, was ich da so bei Nachbauern gesehen habe....

An sich spielt die Geschwindigkeit, mit der der Strom ansteigt, beim Widerstandsschweißen auch keine so große Rolle. Es kommt auf die Energie an, die in den Schweißpunkten landet. Bei einfachen Punktschweißgeräten geht die Sekundärwicklung des Trafos auf die Schweißelektroden und man steuert die Energie über die Zeit.
Gruß

Richtig! Doch bei einem (einfachen) Kondensatorschweissgerät hat man keine Möglichkeit die Zeitdauer des Stromflusses zu beeinflussen (also die Geschwindigkeit). Die FETs machen auf und die Elkos entladen sich schlagartig. Ich kann zwar die FETs nach einigen Millisekunden wieder zu machen, doch die Geschwindigkeit, mit der der Strom in die Elektroden jagt, kann ich nicht beeinflussen. Und genau die Geschwindigkeit ist dann das Problem bei induktiven Zuleitungen. Der Schweissimpuls ist fast Nadelförmig (mit Oszi angesehen) und wenn man diesen Nadelimpuls mathematisch zerlegt (Fourieranalyse) stellt man fest, oha! sehr viele Oberwellen, also Hochfrequenzbereich Und ja, induktive Zuleitungen bei HF sind sehr schlecht Produzieren nur Wäreme- und andere Verluste, an den Elektroden kommt weniger an.
Bei den Wechselspannungspunktschweissgeräten (also mit Trafo) steigt der Strom mit der Sinuswelle an, das ist dagegen also schnarchlangsam. Hier reichen in der Tat beliebige Zuleitungen aus, nur der Querschnitt muss passen.
Kondensatorgeräte haben den großen Vorteil, dass man damit auch in der Bastelecke schweissen kann (bei mir auf dem Dachboden), bei Trafogeräten brauchts immer eine knackige 230Volt-Zuleitung oder gar besser Kraftstrom.
Dennoch will ich mir so ein Akkuschweissgerät nochmal mit einem Trafo bauen, liegt alles schon hier, nur die Zeit....

Old-Papa

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

das Schweißen mit Kondensatorentladung ist nur eine Form des Widerstandsschweißen. Mit den Kondensatoren umgeht man den Schweißtrafo. Letztlich ist immer die Energie relevant, die in den Schweißpunkten landet. Wenn der Trafo 2s braucht, dann ist er relativ schwach.

Hat mal jemand die Spannung und den Strom am Schweißpunkt wärend der Entladung gemessen ?

Ubrigens: Induktivität erzeugt keine Wärme. Man darf nicht Induktivität und Skineffekt vermischen.

GRuß

 

[old-papa]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,
das Schweißen mit Kondensatorentladung ist nur eine Form des Widerstandsschweißen. Mit den Kondensatoren umgeht man den Schweißtrafo. Letztlich ist immer die Energie relevant, die in den Schweißpunkten landet.

Bei den Kondensatoren kann man die Entladezeit nicht festlegen. Die werden langsam aufgeladen und mit einem "Knall" wieder entladen. Man umgeht den Trafo nicht, sondern es ist ein völlig anderes Prinzip!
Beim Trafo wird der Strom bei wenig Spannung an die Elektroden und ins Schweissgut gebracht und zwar relativ langsam. Das Monster meines Nachbarn (Bauschlosserei) kann man bis zu 3,5Sekunden einstellen, das hat bei dickem Blech auch Sinn. Der Strom ist dabei nur in 2-3Stufen einstellbar, die Werte kann ich leider nicht mehr ablesen. Der Nachbar setzt das Dinges seit Jahren nicht mehr ein, ist wohl aus den 60ern.
Ich habe noch eine sogen. Punktschweisszange, die wird über Kraftstrom betrieben. Das ist auch ein altes Monster, die Schweisszeit geht auch bei dieser bis zu 3 Sekunden. Die ist aber nicht einsatzfähig, will ich mal restaurieren.

Wenn der Trafo 2s braucht, dann ist er relativ schwach.

Nö, das kann genau so gewollt sein (s. oben)

Bei Kondensatoren steht man vor dem Problem, dass man die gleiche Energiemenge, die mit einem Trafo recht gemütlich und langsam ins Blech gebracht wird, in einer relativ kurzen Zeit ins Blech zu prömpeln. Wie kann man das nun machen? Entweder sehr hohe Kapazität oder hohe Spannung um hohen Strom zu erzeugen.

Hat mal jemand die Spannung und den Strom am Schweißpunkt wärend der Entladung gemessen?

Ja, ich... Meins macht ca. 30Volt und ca. 300A für etwa 1-3 Millisekunden (geschätzt). Den Strom haben wir mit einem Speicheroszi als Spannungsabfall an einem Milliohmwiderstand gemessen. Das ist alles nicht sehr genau, ich wollte aber mal die Hausnummer wissen.

Bei einem Trafo werden sehr viel höhere Ströme bei nur 1-3Volt verbraten und um die Energiemenge rein zu bekommen, halt viel länger.

Ubrigens: Induktivität erzeugt keine Wärme. Man darf nicht Induktivität und Skineffekt vermischen. GRuß

Ok, da will ich jetzt nicht sreiten...

Old-Papa

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

wenn man in erster Näherung von einem bestimmten Widerstand des Schweißpunktes ausgeht, wie kann dann ein Trafo mit weniger Spannung hier viel höhere Ströme durchschicken ?

Gruß

 

[Michael-123]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

wenn man in erster Näherung von einem bestimmten Widerstand des Schweißpunktes ausgeht, wie kann dann ein Trafo mit weniger Spannung hier viel höhere Ströme durchschicken ?

Gruß

Der Innenwiderstand der Spannungsquelle ist entsprechend geringer.

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

interessant ist die Spannung am Schweißpunkt. Die ist maßgeblich für die Energie am Schweißpunkt. Wenn der Trafo einen höheren Strom durch den Schweißpunkt schickt, so ist hier auch mehr Leistung im Spiel. Das steht dann aber im Widerspruch zur Aussage von old-papa.

Grundsätzlich ist es vorteilhaft, mit möglichst hoher Leistung möglichst kurz zu schweißen, da dabei insgesamt am wenigsten Energie auf den Akku abgegeben wird und sich der Akku insgesamt am wenigsten erwärmt. Wenn der Kondesator für wenige ms 300A liefert, so müßte man auch mit einem Trafo, der beim Schweißvorgang 300A liefert, in wenigen ms schweißen können. Die relativ hohe Spannung der Kondensatoren gelangt energetisch nicht in den Schweißpunkt.

Gruß

 

[verifier]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

... Hat mal jemand die Spannung und den Strom am Schweißpunkt wärend der Entladung gemessen ? ...

GRuß

Habe mich extra angemeldet, um dazu etwas zu sagen...

Die Messung solcher Ströme ist nicht ganz einfach. Und ob man bei einer schnellen Hochstromentladung an einem 1mOhm Widerstand den Spannungsabfall eindeutig als geflossenen Strom sehen kann, da wäre ich mir nicht so sicher (habe ich aber auch schon gemacht!).

Viel einfacher geht es mit den Scop. Und wenn man die Kapazität des Kondensators kennt, kann man über die Beziehung C=A*s/V --> A=C*V/s den Strom recht leicht ermitteln.

Die für die Kondensatorschweißgeräte oft verwendeten Puffer-Cs aus dem Car-Audio-Bereich haben alles andere als die Kapazität, die da drauf steht. Habe einmal vor langer Zeit die Kapazität von einem 3 Farad-Typ gemessen (C=A*s/V):

Mit einem Konstantstrom von 5A wurde der Kond. mehrfach geladen und dabei der Spannungsanstieg während der Zeit gemessen. In dem Fall also:

C= 5A*2,7s/8V = 1,69 Farad (ein Mittelwert aus 10 Messungen war dann 1,7 F)

(siehe Bild 1)

Geht man nun mit dem Scop an den Kondensator und beobachtet die Spannung während der Entladung, kann man ganz leicht den Entladestrom bestimmen (A=C*V/s):

Bild 2 --> mittlerer Strom über die gesamte Pulszeit von 12ms = ca. 1785 A

Bild 3 --> mittlerer Strom während der 1. ms des Pulses = ca. 7000 A

Das wäre einmal die Größenordnung an Strömen, die da beim Schweißprozess beteiligt sind. Die Ladespannung des Kondensators war ca. 13V, das heißt, nach 12ms war der Kondensator ziemlich komplett entladen.

Ich könnte mir vorstellen, daß die "Trafo-Variante" die Zellenkontakte doch mehr belastet, da über die rel. lange Zeit (bei natürlich kleinerem Strom) sich alles mehr aufheizt.

Gruß
FW

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

vielen Dank für Deinen Beitrag. Was hattest Du für eine Last ?

Gruß

 

[verifier]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

vielen Dank für Deinen Beitrag. Was hattest Du für eine Last ?

Gruß

Zu der Zeit müssen das noch SubC-Zellen gewesen sein und kein Hiluminband, sondern die etwas dickeren (0,3mm) Ableiter.

Das spielt auch nicht die ganz große Rolle beim zustandekommenden Strom. Am meisten gehen die Kondensatoren und die "Verdrahtung" nebst Schalter ein. Schaltnetzteil-Cs sind da genau richtig. Das Teil von Alfred sieht da schon sehr gut aus.

 

[Günther]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Hallo,

was hast Du für einen Schalter verwendet ?

Gruß

 

[verifier]

AW: Eigenbau Punktschweißgerät für Akku - Verbinder

Das waren 10 Stk. IRPF2907 parallelgeschaltet.