Eckelmann - August Strecker Hin zur Bedienerfreundlichkeit – oder die Geschichte einer elektronischen Schweißsteuerung

Autor / Redakteur: Manfred Hofmann / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Für die Entwicklung einer Maschine ist neben solidem Know-how im Maschinenbau und Ideenreichtum Wissen um modernste Elektronik und Steuerungstechnik gefragt. Mittelständische Unternehmen haben häufig nicht die nötigen Kapazitäten, um bei den dynamischen Entwicklungen auf diesem Gebiet selbst immer up-to-date zu sein oder der unstetige Bedarf würde den Aufbau einer eigenen Elektronikentwicklung aus wirtschaftlichen Gründen nicht rechtfertigen. Daher kooperieren Maschinenbauer mit versierten Automatisierungspartnern und können sich so ganz auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren.

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Durch Widerstands-Stumpfschweißen verbundene massive Drähte mit noch rot glühender Schweißstelle
Durch Widerstands-Stumpfschweißen verbundene massive Drähte mit noch rot glühender Schweißstelle
( Archiv: Vogel Business Media )

Ein gutes Beispiel bietet da die Entwicklungszusammenarbeit von August Strecker GmbH & Co. KG mit dem Wiesbadener Steuerungshersteller Eckelmann, der seit nunmehr 20 Jahren elektronische Steuerungen für das mittelständische Unternehmen aus Limburg entwickelt und als Original-Equipment-Manufacturer (OEM) fertigt.

Strecker ist seit nahezu 75 Jahren spezialisiert auf die Entwicklung und Produktion von Stumpf-Schweißmaschinen für fast alle Anwendungsfälle in der Draht- bzw. Kabelindustrie. Besondere Expertise hat Strecker bei der Konstruktion von Maschinen zum Stumpfschweißen massiver Drähte, sowie zum Schweißen von Litzen und Leiterseilen. Moderne Schweißtechnologie von Strecker wird weltweit eingesetzt.

Was kundenspezifische Entwicklung bedeutet, zeigt dieser Artikel anhand der 20-jährigen Geschichte einer elektronischen Steuerung für die Drahtstumpf-Schweißmaschinen von Strecker.

Drahtstumpfschweißen — Das Verfahren

Das Drahtstumpfschweißen ist ein sog. Widerstands-Schweißverfahren. Dabei wird die Wärme ausgenutzt, die aus dem Leitungsverlust des elektrischen Stroms aufgrund des elektrischen Widerstandes in einem Leiter resultiert; die sog. Joulsche Wärme (Q=I2Rt). Elektrisch leitfähige Werkstoffe werden an der zu verbindenden Stelle kurzzeitig von einem starken Strom durchflossen, der beispielsweise die Enden von massiven Stahldrähten zum Aufschmelzen bringt.

Während und nach dem Stromfluss werden die Enden der Drähte zusammengepresst, so dass beim Erstarren der Schmelze eine innige Verbindung entsteht. Die Fügepartner dienen selbst als Elektroden und werden zwischen Kontaktbacken eingespannt, die zugleich zeitgesteuert die Kraft übertragen, um die Drähte aufeinander zu drücken.

Nach dem Schweißen folgt das Glühen und ggf. ein Nachglühen, wodurch die Qualität und Haltbarkeit der Verbindung verbessert werden kann. Dies spielt insbesondere bei Stählen mit einem hohen Kohlenstoffgehalt eine wichtige Rolle. Die Schweißnaht wird zum Schluss abgeschliffen.

Funktionalität und Usability

Der Schweißvorgang und das Glühen sind die wesentlichen Steuerungsaufgaben. Die notwendigen Steuerungsparameter Leistung und Dauer sind vom Durchmesser der Kontaktfläche und vom Kohlenstoffgehalt des Stahls abhängig.

Der Schweißstrom wird mithilfe einer Leistungselektronik auf Basis von Thyristoren gesteuert, genauer durch sog. Triacs, die aus zwei antiparallel verschalteten Thyristoren bestehen und prinzipiell wie ein schneller Schalter wirken. Mittels dieser Halbleiterbauteile lässt sich eine Phasenanschnitt-Steuerung realisieren, die die Leistung von Schweißströmen präzise regelt. Bei der Phasenanschnitt-Steuerung wird der Hochfrequenzschalter an einem bestimmten Punkt der Sinushalbwelle des Wechselstroms geschlossen und öffnet im Nulldurchgang wieder. Die Leistung wird durch die Verschiebung des Anschnittpunktes eingestellt. Dieselbe Schaltung findet sich z.B. auch in Dimmern.

Heute sind aus den Schweißsteuerungen längst komfortable digitale Schweißstromquellen geworden, die nicht nur die Netzfrequenz automatisch erkennen und Spannungsschwankungen kompensieren, sondern auch immer einfacher zu bedienen sind.

1989 entwickelte Eckelmann die erste kundenspezifische Schweißsteuerung für die Drahtstumpf-Schweißmaschinen der Firma Strecker und entwickelte sie in den folgenden Jahren kontinuierlich weiter, um die wachsenden Ansprüche der Praxis zu erfüllen. Ein zentrales Motiv war bei der Weiterentwicklung in zunehmenden Maße die Verbesserung der Bedienerfreundlichkeit und die Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Mit den Anforderungen an eine hohe Regelgüte sind auch die Anforderungen an die Usability gestiegen.

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