Bedeutung und Wirkungsweise des Impeders Dem Impeder kommt

Bedeutung und Wirkungsweise des Impeders
Dem Impeder kommt besonders bei der Ausbildung und Größe des Innenschweißgrates eine
besondere Bedeutung zu. In der Praxis haben sich Impeder mit einem größtmöglichen Ferritvolumen
im Impederquerschnitt bewährt. Hieraus resultieren in Verbindung mit modernen
Hochfrequenzgeneratoren eine höhere Schweißgeschwindigkeit und damit verbunden eine kleinere
Ausbildung des Innengrates.
Beim Hochfrequenzschweißen ohne Impeder fließt ein Strom über den Rücken des Rohres zum
Schweißpunkt. Hierdurch werden die Bandkanten nicht ausreichend erhitzt, wodurch es zu
Fehlschweißungen kommt.
Die feldführenden Eigenschaften des Impeders konzentrieren den Strom auf die Bandkanten des
Schlitzrohres bis zum Schweißpunkt. Hierdurch wird der Anteil der nutzbaren Schweißleistung erhöht,
was eine Steigerung der Schweißgeschwindigkeit je nach verwendetem Impederkernmaterial von 20
bis 60 % ermöglicht.
Schematische Darstellung der Stromvertreilung beim induktiven Hochfrequenzlängsnaht schweißen in einer Anordnung mit und
ohne Impeder
Der Impeder muß das Innere des Rohres gut ausfüllen, um den Stromfluß über den Rohrrücken
gering zu halten. In der Praxis wird der Impederdurchmesser durch den Arbeitsbereich
(Rohrinnendurchmesser) des an den Impeder angeschlossenen Innennahthobels bestimmt.
Neben dem Impederdurchmesser kommt auch seiner Länge eine wesentliche Bedeutung bei der
Verringerung des Leistungsbedarfes und somit der Schweißqualität zu. In der Praxis hat sich ein
längerer Impeder bewährt, da dieser den Leistungsbedarf der Rohrschweißanlage wesentlich
verringern kann.
Das elektromagnetische Induktorfeld breitet sich auch vor dem Induktor aus und induziert eine mit
dem Abstand sinkende Spannung in das offene Schlitzrohr. Von dort aus fließt ein Strom in Richtung
Schweißpunkt. Durch eine Impederverlängerung wird eine bessere Führung des Stroms über die
Bandkanten bereits vor dem Induktor erreicht und somit die Leistungseinbringung verbessert.
Die Impeder sind in der industriellen Praxis meistens aus einzelnen Ferritstäben zusammengesetzt.
Diese Stäbe werden in bestimmten Längen, z.B. 200 mm gefertigt, so daß der Impederhersteller
Längen entsprechender Abstufung zusammenstellen kann. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn
sich der Impeder vom Schweißpunkt bis zum zweifachen Rohrdurchmesser über die
Induktorvorderkante in das Schlitzrohr hinein erstreckt.
An den Ferritkernwerkstoffwerkstoff selbst werden hohe Anforderungen bezüglich seiner Permeabilität
und Sättigung der magnetischen Flußdichte gestellt werden. Aufgrund der hohen Energiedichte, in der
der Impeder arbeitet, entsteht eine beträchtliche Hitze im Ferritkern als Folge einer Selbstaufheizung,
verursacht durch Wirbelströme, die sich innerhalb des Kerns kreisförmig nahe der Oberfläche
ausbreiten. Daher erweist sich der Gebrauch zylindrischer Kernmaterialien als vorteilhaft, so daß sich
der Strom zunehmend in Längsrichtung ausbreiten kann und sich zusätzliche Flächen ergeben, um
eine Kühlung zu ermöglichen.
Gebräuchliche Kernquerschnitte
Kerben und Mittelloch sorgen für zusätzliche Kühlmöglichkeit
Obwohl Ferrite einen höheren elektrischen Widerstand als Metalle besitzen [13], leiten sie den
elektrischen Strom am Umfang. Die in Impedern verwendeten höher permeablen Magnesium Zink
Materialien verfügen über eine hohe Leitfähigkeit, die zu einer Erwärmung durch Wirbelströme führt.
Durch die zusätzliche Erwärmung durch den Induktor muß eine ausreichende und störungsfreie
Kühlung des Ferrites im Impeder ermöglicht werden.
Anzumerken ist, daß die Kühlmittelzufuhr vor dem Einschalten der Schweißmaschine gewährleistet
sein muß, da der hohe Einschaltstrom zu einer Zerstörung des ungekühlten Ferritmaterials führt.
Die Standzeit des Impeders wird vielmehr durch den Gefügebruch des Ferrites infolge mechanischer
Einwirkungen durch das Produktionsrohr bei Fehljustierung des Impeders oder durch zu hohe
Wärmeeinwirkung verursacht. Einen Verschleiß im mechanischen Sinne gibt es nicht.
Zerbrochene Ferritkerne im Impeder müssen sofort ausgetauscht werden, da die entstehenden
Luftspalte, die magnetische Leitfähigkeit des Impeders reduzieren, wodurch es zu einem Leistungsund Qualitätsverlust bei der Schweißung kommt.