Schneller schweißen Flotter fügen – mit elektropneumatischem Schweißantrieb

Schneller, dynamischer und präziser soll man mit dem von Dalex neu entwickelten EPS-Schweißantrieb fügen können. Wie das genau geht, verrät der folgende Beitrag.

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Ein guter Indikator für die Schweißqualität beim Widerstandsschweißen ist das Kraftniveau während des Stromverlaufs, weiß Dalex. Und je gleichmäßiger die Kraft während der Schweißung einwirkt, umso besser werden sich die Teile verbinden lassen. Beginnt der sogenannte Schweißbuckel nach Zuführung des Schweißstroms zu schmelzen, bricht die Schweißkraft plötzlich ein – ein ganz normales Phänomen.

„Um daraus resultierende unschöne Schweißspritzer und deshalb eine unsaubere Schweißung zu verhindern, muss der Antrieb diesen Schweißkrafteinbruch möglichst schnell korrigieren und die Elektrode praktisch ohne Verzögerung nachsetzen“, erklärt Marcel Groß, M. Eng., SFI, Gruppenleiter mechanische Konstruktion bei Dalex-Schweißmaschinen. Damit das einfach und energieeffizient funktioniert, hat Dalex den neuen elektropneumatischen Schweißantrieb (EPS) für Widerstandsschweißanlagen entwickelt. Mit nahezu konstanter Schweißkraft über die gesamte Schweißung hinweg, könne damit gearbeitet werden.

Auch für kurze Taktzeiten geeignet

Der EPS von Dalex arbeitet mit einer servomotorischen Lineareinheit, die als Spindelantrieb ausgelegt ist. Ergänzt um eine daran befestigte Nachführeinheit, bei der eine mit Druckluft vorgespannte Feder die Schweißkraft auf den Schweißpunkt überträgt, erklärt Dalex. Über den servomotorisch initiierten Antriebshub sollen sich die Schweißelektroden präzise, schnell und stufenlos zueinander verstellen lassen – also der jeweiligen Schweißaufgabe entsprechend. Dabei ist eine Geschwindigkeit bis 200 mm/s möglich, betont Dalex. So genieße man auch bei kurzen Taktzeiten saubere Schweißung.

Groß führt weiter aus: „Bei der Konstruktion des EPS war uns eine komfortable Bedienung wichtig: Der Anwender passt lediglich die Schweißkraft durch Eingabe der erforderlichen Werte über die Bedieneroberfläche an die jeweilige Aufgabe an. Danach legt die Maschinensteuerung anhand von hinterlegten Kennliniensätzen den Feder- respektive Schweißdruck automatisch fest und ermittelt die erforderliche Federkompression.“ (Diagramm 1).

Beim Zustellen der Schweißelektrode mit der Lineareinheit auf die Schweißstelle erfährt die „pneumatische Feder“ nur einen Bruchteil des Schweißdruckes, der vorher definiert und eingestellt wird. Das sorge für ein sanftes, schlagfreies Aufsetzen der Elektrode auf das Werkstück. Liegt die Elektrode an, gibt ein Sensor in der Nachführeinheit das Signal, den Federweg bis zur festgelegten Federkompression zuzustellen. Wegen der Vorsteuerung des Druckes ist die Schweißkraft bereits auf dem nötigen Niveau und das Schweißen kann sofort beginnen, heißt es weiter.

Mehr Dynamik als das Schweißen mit Linearantrieb

Beginnt der Schweißbuckel durch die Energie des Schweißstroms zu schmelzen, setzt die Nachführeinrichtung unter Expansion der Feder sofort nach. Die Schweißkraft wirkt dabei nahezu konstant auf die Schweißstelle. Erreicht wird das, weil beim eigentlichen Schweißvorgang nur die unmittelbar mit der Nachführeinheit verbundenen Komponenten beschleunigt werden müssen (wegen der pneumatischen Feder ist das nur eine sehr geringe Masse).

Der direkte Vergleich des EPS mit einem Linearantrieb mit zusätzlichem Druckausgleich über Elastomerfedern beweist die Überlegenheit des Dalex-Systems. Eingesetzt wurden beide Antriebe auf einer Kondensatorentladungsmaschine (KE) beim Schweißen eines Ringbuckels. Nach Einbrechen der Schweißkraft durch Abschmelzen des Ringbuckels erreicht der Linearantrieb das ursprüngliche Kraftniveau erst dann, wenn der Schweißstrom schon auf circa 20 % des Maximums abgesunken ist (Diagramm 2). Damit ist der Schweißvorgang elektrisch gesehen praktisch schon abgeschlossen, bevor die volle Schweißkraft wieder zur Verfügung steht.

Der EPS agiert wesentlich effizienter: Erreicht hier die Schweißkraft wieder ihren Ausgangswert, hat der Schweißstrom gerade erst seinen Maximalwert überschritten und liegt noch bei rund 80 Prozent (Diagramm 3). Die Schweißkraft ist somit fast über die gesamte Schweißung auf gleichmäßigem Niveau.

Energieoptimal schweißen, bei geringem Systemverschleiß

Nicht nur die Qualität der Schweißung ist beim neuen EPS von Dalex attraktiv, so der Hersteller, denn auch bei den Betriebskosten bietet das System Vorteile. Groß: „Der pneumatische Antrieb benötigt nur bei der Verstellung der Elektrodenkraft Druckluft, um den Druck der pneumatischen Feder einzuregeln – und das auch nur in sehr geringer Menge.“ Das minimiert den Druckluftverbrauch und spart folglich Energie. Auch ströme nur wenig Luft aus, so dass der Vorgang recht leise ablaufe. Zusätzlich können Schweißkraft und -strom durch gezieltes Einstellen der Parameter so gering wie möglich gehalten werden.

Weil das Antriebskonzept auch ohne Gleitdichtungen auskommt, denn es arbeitet mit wälzgelagerten Führungen, sind Reibungseinflüsse passé. Das erhöht die hohe Dynamik des Antriebes und reduziert den sonst zu erwartenden Verschleiß.

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