Punktschweißgerät bauen (Kuchenblech-Klasse)

[einstein2000]

Moin!

Wie der Betreff bereits verrrät, möchte ich mir für meine mittlerweile recht häufigen Akkubasteleien mal ein vernünftiges Punktschweißgerät bauen. Ich bin dank Google hierrauf gestoßen:
http://www.guido-speer.de/html/punktschweissgerat.html
Das sieht ja schonmal nach einer brauchbaren Grundlage aus, auch, wenn ich vieles anders gemacht hätte.
Gut, also es ist von Spannungen Richtung 30V und Strömen von ca. 200A (errechnet, gemessen oder geraten?!) die Rede. Die Stromquelle steht bei mir eigentlich schon fast fest, ich habe noch 8 Maxwell 350F Ultracaps herumliegen, die sollten für diese Anwendung ideal sein. Die Elektroden wollte ich aus Wolfram schleifen (WIG-Elektroden) und mit einem kurzhubigen Drucklufzylinder auf die Zellen drücken. An einem Druckminderer ließe sich dann der Anpressdruck einstellen, wobei ich denke, dass das wohl gar nicht nötig wäre. Mal sehen, Versuch macht klug.
Was mich jetzt interessiert, das ist der Schalter für den Schweißstrom. Ich wollte MOSFETs nehmen, genau genommen [nachtragen] mit dem [nachtragen] als Treiber. Passt die Kombination? Ansteuern würde ich das ganze über einen µC, der ein paar Werte als Startbedingung einsammelt (Fußpedal gedrückt, Zylinder ausgefahren, Ladespannung erreicht,...) und anschließend für eine vorher eingestellte Zeit (1-100ms oder so) Strom auf die Elektroden gibt.

Hat sowas schonmal jemand gebaut und kann mir von seinen Erfahrungen erzählen? Oder hat zufälligerweise noch jemand amtliche Elkos rumliegen, die er/sie für kleines Geld abzugeben hätte? Die Maxwell Kondensatoren wollte ich nämlich eigentlich noch für was anderes verwenden und zwei Sätze sind mir deutlich zu teuer.

Liebe Grüße,
Dominic

PS: Bevor hier jetzt wieder jemand ankommt, der nichts besseres zu tun hat: Andere Dinge aka CF19 LED Backlight und CF19 Akku Zellentausch sind nicht in der Versenkung verschwunden, allerdings ist das Backlight momentan sehr weit nach hinten gerückt und für den Akku brauche ich... nun... ein Punktschweißgerät.

[MatthiasK]

Hmm, sieht ja durchaus interessant aus.

Von IRF gibt es schöne FETs, da kann das Silizium über 400A (das Gehäuse aber nicht mal die Hälfte). Der IRFB 7430 ist so einer. Wenn man die mit 15V Gate-Spannung betreibt, bekommt man da durchaus auch 4stellige Impulsströme (wenn man nicht irgendwo anders zu viel Impedanz drin hat).

Für die Mosfets würde ich eher richtige Treiber verwenden, weil so große Transistoren richtig viel Gate-Kapazität haben. Die Fets willst du hart schalten, denn beim weich Schalten gehen sie eher kaputt. Das könnte auch das Problem mit dem Buz11 gewesen sein.

Die Software liegt leider nicht im Quellcode vor, aber viel kann es ja nicht sein. Nur für den Fall, das man was ändern will.

[einstein2000]

So, die Datenblätter lagen zu Hause.
Als Mosfets wären IXTK550N055T2 angedacht, Gatetreiber sollen MCP1407 werden, mit 12V, die an den Treiber rangehen. Passt das so? Zwischen Gatetreiber und Mosfet würde ich noch einen Widerstand von 30R oder so schalten, um den Treiber nicht zu richten. Von den Mosfets sollen dann fünf Stück parallel geschaltet werden (zur Sicherheit), ich werde nochmal die maximal möglichen Ströme mit Berücksichtigung aller Innenwiderstände ausrechnen, vielleicht reichen ja auch schon vier. Ich bin mir im Klaren darüber, dass das Package den Maximalstrom des Mosfets nicht packt, werte das aber bedingt durch die niedrige Einschaltzeit als nebensächlich.

Liebe Grüße,
Dominic

EDIT: Der 7430 sieht ja auch nett aus, vor Allem kostet der gerade mal ein Viertel. Da spricht eigentlich nichts dagegen, den IXYS ohne weitere Änderungen gegen den IRF zu ersetzen, oder?

[MatthiasK]

Ich habe mir auch noch ein paar Gedanken dazu gemacht:

Die ganze Steuerung könnte man auch mit wenigen Bauteilen analog lösen, eigentlich ist das trivial. Mit einem µC ist man aber etwas flexibler. Ehrlich gesagt bin ich gerade ziemlich unschlüssig, ob alles analog, alles durch den µC oder eine Mischform die beste Steuerung ergibt.

Um die Elkos zu laden würde ich eine Stromregelung (Spannungsregler mir Strombegrenzung oder Glühbirne) verwenden, keine Vorwiderstände. Auch die Entladung würde ich automatisieren. Elkos in dieser Leistungsklasse sind leider nicht ganz billig und etwas schwieriger zu kriegen.

Für den Endstufentransistor tendiere ich gerade zum IRFP 4368, der ist deutlich spannungsfester und kann immer noch viel Strom. Die MCP1407 sehen interessant aus, leider hat Reichelt sie nicht in SMD. Ich würde keinen Widerstand dahinter schalten, immerhin können die 6A und können so den FET richtig schnell schalten.

Die Bereitschaft (= Elko ausreichend voll) würde ich nicht über die Zeit sondern über die gemessene Ladespannung der Elkos ermitteln.

Das Auslösen der Impulse würde ich gerne zusätzlich über einen externen Fußschalter steuern können.

Wenn ich einen µC verwende, würde ich auch eine PC-Schnittstelle einbauen. Auch wenn ich sie am Anfang nicht nutze, schaden kann sie nicht.

Eigentlich spricht alles für einen µC (ich habe noch einige ATMega8 rumliegen) - analog wäre es aber auch reizvoll.

[Alexx]

http://zeva.com.au/Projects/SpotWelder/
sieht auch brauchbar aus.

[Alexander470815]

30V ist zu viel und 200A zu wenig.
Wolfram ist auch recht ungeeignet, leitet nämlich nur sehr bescheiden.

Kommt eben drauf an was du schweißen willst, für Hiliumband an 18650er reicht wohl die Kondensator Lösung.
Für Stahlblech braucht es wohl einen dicken Trafo oder eben eine sehr unhandliche Menge an Kondensatoren.

[zauberkopf]

Ich überlege gerade... 200A.. das müssten doch auch meine beiden Bleiklötze kurzzeitig schaffen...

Also ich bin am überlegen, ob ich demnächst meine Mikrowelle verschrotte oder einfach noch warte, bis mir die entsprechenden Teile zufliegen...

[einstein2000]

Moin,
danke erstmal an alle.
Ja, sicher sind 200A zu wenig. Aus dem Punktschweißgerät aus dem Link vom ersten Post kommt garantiert mehr raus. Die Mosfets sehen interessant aus, ich hoffe, dass ich am Wochenende mal Zeit finde, mir das in Ruhe anzusehen. Sicher bekommt das Teil einen Fußschalter, bei der PC-Schnittstelle bin ich mir noch uneinig. Erstens kann ich nicht programmieren, das heißt, den Code müsste jemand anderes für mich bauen oder ich frickel mir aus Resten was zusammen, und zweitens ist es nur ein Punktschweißgerät. Wenn ich jetzt einen kleinen Manipulator hätte, wäre es wieder was anderes.
Danke für den Link mit dem Ultracap-Schweißgerät, das ist ja etwa das, was ich bauen wollte.
Wenn kein Wolfram, dann werde ich morgen mal nach Kupferrundmaterial Ausschau halten und ne Runde drehen.

Liebe Grüße,
Dominic

[MatthiasK]

Ich war einfach mal so frei, schon mal die ersten Überlegungen zum Netzteil in Eagle zu routen. Eigentlich hatte ich gehofft, mit einer einlagigen Leiterplatte auszukommen. Leider geht das nicht zu 100%, bisher bin ich bei zwei Drahtbrücken. Jetzt fehlt nicht mehr viel, aber ich müsste noch ein Bauteil zeichnen. Darauf habe ich heute keine Lust mehr.

[shaun]

Ich hatte kürzlich ein kommerzielles, aber recht miserabel gebautes Gerät auf dem Tisch.
MOSFETs waren 18 Stück IRF1404 parallel, unter der Platine mit den Sources ware eine Kupferschiene festgeschraubt, die Drains waren direkt auf eine geschraubt.
Verkabelung mit kurzen ca 35qmm Strippen. Energie kam aus einem 0,8F 30V Elko, der sicher extra für diese Anwendung hergestellt wurde.
Die Dosierung erfolgte, indem einfach die Aufladung bei der nötigen erreichten Spannung unterbrochen wurde. Als Ladestromquelle diente ein 24V 320W Meanwell-SNT, dessen Strombegrenzung hier einfach mal ausgenutzt wurde...
Die Kiste konnte in zwei Impulsen schweissen, wobei man für jeden die Energie festlegte, beide Einzelpulse bildeten dabei die geladene Gesamtenergie.
MOSFET-Treiber müsste ich nachschauen, war glaube ich ein TC4427, jedes Gate hatte einen Vorwiderstand.

[shaun]

Wenn Du keine Energie-Feindosierung brauchst, schenk Dir den Controller. In meinem Reparaturkandidaten war nämlich genau dieser hin (PIC), trotz Optos in allen Leitungen - aber das Layout war auch unter aller Sau, da wundert mich bei den Impulsströmen im Gerät nix.

[urmel]

Mal so eine dumme Frage,
wären da nicht auch Supercaps eine Option als Energiepuffer?

[sparky]

Ich denke: Kommt drauf an. Viele Supercaps dürften einen recht hohen Innenwiderstand haben und können dann trotz der hohen Kapazität den Strom nicht schnell genug liefern. Da sie für einen anderen Einsatzzweck hergestellt wurden. Da dürften normale Caps mit niedrigem ESR besser geeignet sein. Zur Not hat entsprechend viele. Zumindest nach meinem (laienhaften) Verständnis der Sache.

[urmel]

Mit Supercaps meinte ich jetzt schon die dicken Dinger für Rekuperation und Co
Die sollten eigentlich genau das können, also richtig viel Strom.

Ich würde da beim Laden auch die Ladeschlussspannung als Parameter nehmen.
Als Elektroden sollte Kupfer besser sein als Wolfram - letzteres ist wie oben erwähnt nicht so sonderlich leitfähig.

Da ich doch immer mal wieder Akkupacks gebastelt habe und das immer mal wieder relevant ist, wäre sowas glaub ich auch bei mir ein dickes "haben will"
Muss da doch mal gucken, was so an großkalibrigen Elkos noch bei mir rumkullert

[MatthiasK]

Ich habe theoretisch auch noch irgendwo größere Elkos rum liegen - ja, theoretisch: Erdboden auf - Elkos rein - Erdboden zu.

Ich hoffe, dass ich am Sonntag noch mal etwas zum Layouten komme. In den letzten Tagen war es abends teilweise doch etwas zu spät und dann routet man einen ziemlichen Scheiß zusammen, den man am nächsten Tag gleich wieder weg reißt.

[Paul]

Hallo, ich habe vor kurzem ein Punktschweißgerät für Akkus gebaut, wenngleich mit einem Trafo von einem Mikrowellenherd als Stromquelle und als Elektroden zwei Stücke einer Oberleitung einer Straßenbahn genutzt. Diese sind wahrscheinlich aus 99,9% Kupfer und bei Wartungsarbeiten an der Oberleitung leicht zu haben. Hier der komplette Baubericht: http://pauls-werkstatt.blogspot.de/2016/02/punktschweigerat-fur-akkuzellen.html

[MatthiasK]

Ich war jetzt die letzten zwei Wochen doch etwas arg beschäftigt, aber ich habe es geschafft, das Spinnennetz zu entflechten. Das Layout ist für Selber-Ätzer optimiert. Ich habe es sogar geschafft, mit nur einer Lage auszukommen. Das Top-Layer habe ich für die Drahtbrücken missbraucht.

Die Bauteile sollte es - bis auf den LM317HV - alle bei Reichelt geben. Was es bei Reichelt nicht gibt, gibt es bei Conrad.

So, und jetzt ist erst mal Zeit zum meckern...

[urmel]

Moinsen,

ich habe mir inzwischen auch ausgiebig Gedanken zu dem Projekt gemacht.
Da kam mir eine 80er Packung Elkos mit 15.000µF/50V Gerade recht.
40 Davon sollen bei mir der Energiespeicher werden - das wird ein übles rumgelöte
Zudem denke ich drüber nach, ob es - wie im INet ja zum Teil beschrieben Sinn ergäbe,
einen schwächeren Puls vorneweg zu schicken, um quasi den Dreck an der Schweißstelle wegzubrennen.
Das wären dann im Zweifel einfach zwei weitere von den Dingern, mit eigenem MOSFET und immer @ 45V geladen oder so

Steuerung muss ich dann mal sehen, erstmal muss ich mir überlegen, wie ich die Elkos sinnvoll und niederohmig montiert bekomme.

[erwin]

Ich hatte vor mir so was zu https://www.youtube.com/watch?v=5TOzSjqydCY bauen Ein Magnetschalter vom Anlasser als Schütz. Und aus einem Ständer für hand Bohrmaschinen ein Elektroden Halter

[MatthiasK]

Der Magnetschalter ist eher langsam. Damit ist die Steuerung der Schweißenergie ausschließlich über die Ladespannung möglich. Abgeschaltet wird erst, wenn der Kondensator leer ist. Beim Einschalten gibt es erst mal etwas Kontaktprellen, keine Ahnung, wie viel Energie da vernichtet wird.

Da bisher keine Einwände gegen mein Layout gekommen sind, gehe ich einfach mal davon aus, dass es so gut ist, dass man davon einen Prototyp fertigen kann.

[MatthiasK]

So, die Platine wäre dann mal geätzt und gebohrt. Den Rest mach ich nicht mehr heute ..

[shaun]

Meinst, das hat sich jemand angeschaut? PDF hätte ich auch reingeguckt, aber CAD-Files ohne Nennung des Programms sind etwas... naja.

Was soll da überhaupt drauf sein? Bei dem Projekt ist das A und O doch die Verdrahtung der Elkos hin zu möglichst niedriger Impedanz und die Steuerung des Schweissstromes.
Wie die Energie in die Elkos kommt ist erstmal zweitrangig.

> Zudem denke ich drüber nach, ob es - wie im INet ja zum Teil beschrieben Sinn ergäbe, einen schwächeren Puls vorneweg zu schicken, um quasi den Dreck an der Schweißstelle wegzubrennen. Das wären dann im Zweifel einfach zwei weitere von den Dingern, mit eigenem MOSFET und immer @ 45V geladen oder so

Das machte mein Reparaturkandidat nur über die Energie. Ein kurzer Impuls aus dem voll geladenen Elko, Pause, Schweissimpuls. Dazwischen wurde nicht nachgeladen. Ist ja auch sinnvoll: mit der höchstverfügbaren Spannung den Müll wegbrennen und schon mal eine leitende Verbindung herstellen und da dann kurz danach die Schweissenergie reinbraten.

[Hightech]

"Besser" wäre vielleicht eine Widerstandsmessung über die Schweißpunkte.

Quasi so: die Elektroden auf die Schweißstelle drücken, automatische Messung, wenn <0,1Ohm = BRATZ, wenn nach 2Sekunden nicht <0,1Ohm = Fehlermeldung.
Das verhindert schlechten Kontakt.
Zusätzlich noch den HV-Dreck-Wegbrutzel-Puls vorweg.

[urmel]

"Besser" wäre vielleicht eine Widerstandsmessung über die Schweißpunkte.

So in der Art war mein Plan.

Also hochohmig eine Spannung über die Elektroden um zu erkennen, wenn die Dinger am Werkstück sind.
Dann würde bei meinem Ansatz der erste Teil Elkos (teil)entladen, also zB 30.000µF bei 45V für 2ms, damit der Dreck weg ist.
Dann Pause und BRATZ die dicke Elkobatterie hinterher.
Eventuell aber halt auch einfach ein und denselben Elkopack nur über die Zeiten. Das muss ich mir mal überlegen.
Gegen die Idee mit dem Freibrennelko spricht, dass da bei höherer Spannung im Freibrennelko die Bodydioden der MOSFETs wirksam werden können.
Sich die Energie also in den Hauptelko verflüchtigt, bis die Spannung entsprechend eingebrochen ist.

Ich glaub' ich muss mir da mal eine Tüte voll MOSFETs holen. Ich wette, da gehen welche bei drauf :-/

[urmel]

Mein Hirngespinst wird langsam konkreter:

Gate drive täte ich wohl so machen, dass ich eine galvanisch getrennte 12V-Schiene erzeuge (DCDC-Modul, gibt es fertig) und daraus die FET-Treiber füttere. Triggersignal dann über einen Schnellen Optokoppler. Treiber irgendwas "dickes". Eigentlich müsste man beim IR2110 beide Ausgänge über Widerstände parallelschalten können. Das wären dann immerhin 4A Treiberstrom.
Damit habe ich im Zweifel eine gute Unterdrückung von Gleichtaktstörungen, induzierten Spannungen und ${sonstigerdreck} und schnelles Umschalten.

MOSFETs sowas in der Art vom IRFP4468 und davon dann so circa vier Stück. Der kann 195A continous @25°C und darf Pulsströme bis über 1kA. UDSmax 100V. Sollte reichen.
Eventuel eine Ringkern-"Drossel" mit ein bis zwei Windungen dickem 35mm²-Kabel vor dem Ausgang, natürlich mit passendem Kern. "To take the edge of the edge".
Ferritperlen auf dem Gate-Beinchen schaden sicher auch nicht.
Alle Source-Leitungen direkt zusammenhängend. Drain über je 0,irgendwas Ohm auf die Stromshiene von den Elkos.
Source-Sammelschiene im Zweifel ein Stück Flachmaterial aus Kupfer oder Messing. Gates über je 10 Ohm an die Treiber und jeweils eine 15V-Zener direkt am FET über Gate-Source.

Bedienung dann entweder Automatik: Elektroden drauf - Piep-piep-piiiiiiiiep - bratz - BATZ - Piiiiiiiiiiiep
oder per Fußtaster.
Ich muss mal sehen, ob ich ein automatisches abfeuern von dem Ding gutheißen kann. Bei meinem typischen Zustand auf dem Arbeitstisch wohl eher keine gute Idee.

[Bjoern]

Wenn die FETs ausreichend hart geschaltet werden und auf dem selben Kühlkörper montiert sind, kann man sich die Sourcewiderstände sparen. Im Schaltbetrieb laufen die bei einigermaßen identischer Ansteuerung und Temperatur normalerweise nicht auseinander.

[MatthiasK]

Meinst, das hat sich jemand angeschaut? PDF hätte ich auch reingeguckt, aber CAD-Files ohne Nennung des Programms sind etwas... naja.

Ups, ja, da hast du recht. Eigentlich wollte ich noch dazu schreiben, dass es in Eagle 5 gezeichnet ist, aber das habe ich wohl irgendwie vergessen...
Bei der nächsten Platine mache ich das besser, versprochen.

Was soll da überhaupt drauf sein? Bei dem Projekt ist das A und O doch die Verdrahtung der Elkos hin zu möglichst niedriger Impedanz und die Steuerung des Schweissstromes.

Da ist im Wesentlichen nur 3x Versorgung drauf:

• 5V für die Steuerung
• 12V für die Gatetreiber
• 2,5-48V für die Schweißelkos

Die Steuerung wird komplett galvanisch vom Leistungsteil getrennt.

Als Trafo ist ein 2x18V-Trafo mit ca. 50VA vorgesehen, daher ist auch eine Wicklungsumschaltung mit drauf.
Wenn man davon absieht, dass die beiden letzten Spannungen etwas höher als geplant sind funktioniert das alles auch ganz gut.

Als Zusatzfeatures waren noch ein Power-Good-Signal für die Elko-Spannung und eine automatische Entladung für den Fall, dass man die Spannung runterdreht geplant. Die beiden funktionieren allerdings nicht, weil der Strom falsch rum durch R5 fließt. Man muss R6 und die Drahtbrücke jeweils in das Loch des anderen stecken. Der im Schaltplan eingezeichnete FET für die Entladung hält außerdem die Spannung nicht. War wohl auch beim Schaltplan zeichnen schon zu spät abends...

Ja, ich habe auch schon eine Version 1.1 fast fertig gelayoutet, bei der noch ein paar andere Macken beseitigt wurden und die auch sechs Löcher weniger braucht.

> Zudem denke ich drüber nach, ob es - wie im INet ja zum Teil beschrieben Sinn ergäbe, einen schwächeren Puls vorneweg zu schicken, um quasi den Dreck an der Schweißstelle wegzubrennen. Das wären dann im Zweifel einfach zwei weitere von den Dingern, mit eigenem MOSFET und immer @ 45V geladen oder so

Das machte mein Reparaturkandidat nur über die Energie. Ein kurzer Impuls aus dem voll geladenen Elko, Pause, Schweissimpuls. Dazwischen wurde nicht nachgeladen. Ist ja auch sinnvoll: mit der höchstverfügbaren Spannung den Müll wegbrennen und schon mal eine leitende Verbindung herstellen und da dann kurz danach die Schweissenergie reinbraten.

Das ist eine interessante Idee. Ich werde den Putz-Impuls erst mal nur mit dem normalen Leistungspfad generieren, dann ist es eine reine Software-Sache. Und man sollte recht einfach die Länge der Impulse und der Pause einstellen können.

[einstein2000]

Moin!

Ich habe endlich mal Zeit gefunden, mich der Sache wieder ein wenig zu widmen, nachdem ich euch ja nun leider einige Zeit im Stich lassen musste. :/
Eine Kondensatorbank habe ich zwischenzeitig auch gefunden, 58*300mF/16V bilden gemeinsam eine mit Blechen und 25mm-Bolzen seeehr niederohmig verbundene Bank von 17,4F bei 16V. Das dürfte dann auch ausreichen, um etwas dickere Bleche zu verschweißen...
Ehrlich gesagt mache ich mir bei dem Biest ernsthafte Sorgen um die Mosfets - begründet?
Momentan kümmere ich mich um den mechanischen Teil des Aufbaus, ich kann nächstes Wochenende mal Bilder hochladen.

Liebe Grüße,
Dominic