Punktschweißen am laufenden Band

„DeltaSpot“ der Gruppenleiter Prozesstechnik der Fronius International GmbH, Walter Stieglbauer und sein kollege Hubert Stadlmair, Projektmanager Widerstandsschweißen, berichten exklusiv in bbr über die Punktschweißinnovation „DeltaSpot“.

19. Dezember 2005

Als kostengünstige Methode für das Fügen von Stahlblechen, hat sich das Widerstands-Punktschweißen auf einer breiten industriellen Basis etabliert.

Insbesondere im Karosseriebau findet das Punktschweißen eine verbreitete Anwendung. Das Verfahren gilt als althergebrachter Prozess, der kaum noch Verbesserungspotenzial in sich birgt. Jedoch sind vor allem im modernen Fahrzeugbau Verbindungen teils hochfester Stahlbleche unterschiedlicher Stärke und Qualität gefragt. Auch das Fügen von Aluminium ist ein ganz wesentlicher Trend.

All diese Anforderungen sprengen die Grenzen des konventionellen Widerstands-Punktschweißens. Anspruchsvollere Anwendungen erforderten daher häufig ein Ausweichen auf mechanische Fügeverfahren wie Stanznieten oder Schrauben. Solch eine Abkehr vom Widerstands-Punktschweißen stoppt nun »DeltaSpot« von Fronius. DeltaSpot bedeutet eine wirtschaftliche Alternative zu den sonst un­vermeidbaren mechanischen Fügeverfahren. Dabei handelt es sich um ein neues Schweißverfahren, das sich das Grund­prinzip des Widerstands-Punktschweißens zunutze macht. Kennzeichnend ist eine innovative Roboter-Schweißzange mit umlaufenden Prozessbändern.

Lange Verschleißteil-Austauschintervalle

Dieses Prozessband läuft zwischen den zu fügenden Blechen und den Elektroden und sorgt für einen effektiven Schutz der Elektroden. Die fortlaufende Weiterbewegung des Prozessbandes ermöglicht endloses Punkten in gleich bleibender Qualität, während mehrerer Schichten.

Dadurch ergeben sich eine bisher unvergleichliche Präzision im Schweißprozess, exakte Qualitätskontrolle und höchste Standzeiten an den Elektroden. Diese sind dank des Prozessbandes bestens gegen Verschleiß und Ablagerungen aus Blechbeschichtungen geschützt. Mit dem Schutz einher geht eine bedeutend höhere Lebensdauer der Elektroden. Tests mit Aluminium-Blechen (AlMg3-Legierung) zeigten eine sehr hohe Lebensdauer von circa 30.000 Schweißpunkten.

Das Prozessband ist äußerst selten und einfach zu erneuern. Bei einfacher Anwendung des Prozessbandes ergeben sich etwa 7.000 Schweißpunkte. Wird jeder Abschnitt des Schweißbandes doppelt oder dreifach verwendet, multipliziert sich die genannte Lebensdauer um diesen Faktor. Angesichts des hohen Elektrodenverbrauchs beim konventionellen Widerstands-Punktschweißen, bleibt das Wartungsintervall infolge des bei DeltaSpot erforderlichen Prozessbandwechsels dennoch unverändert.

Ohne Spritzerbildung und zudem Energiesparend

Die Kontaktierung der Bleche durch das Prozessband vermeidet Schweißspritzer. Dieser Vorteil unterbindet die sonst übliche Nacharbeit und verhilft zu völlig neuen Qualitätsstandards. Die Vermeidung von Schweißspritzern eröffnet DeltaSpot insbesondere beim Schweißen von Aluminiumblechen ein enormes Potenzial. Für das konventionelle Widerstands-Punktschweißen von Aluminium ein nahezu unlösbares Problem. Die Oxidschicht an der Aluminiumoberfläche bewirkt Kontaktprobleme, die zur Spritzerbildung führen können. Die Folge ist eine Beeinträchtigung der Elektroden und des Schweißergebnisses gleichermaßen. Bei DeltaSpot hingegen sorgt eine Beschichtung des Prozessbandes für einen optimalen elektrischen Kontakt zum Aluminiumwerkstoff. Es erfolgt keine Spritzerbildung und Verunreinigung der Bauteile. Ein weiterer Vorteil von DeltaSpot ist die zusätzliche Prozesswärme, die aus dem elektrischen Widerstand des Prozessbandes resultiert. Die erforderliche Strommenge ist reduzierbar und der Energiebedarf erheblich absenkbar. Beim konventionellen Widerstands-Punktschweißen von 2 x 1,0 mm AlMg3-Blechen ist mit einem Strombedarf von 35.000 A bis 40.000 A zu rechnen. Delta Spot dagegen kommt mit 16.000 A aus. Da beim DeltaSpot-Verfahren ein großer Anteil der Energie vom Prozessband direkt eingebracht wird, kann diese nicht über den bekannten Nebenschlusseffekt verloren gehen. Die Prozess-Stabilität erfährt dadurch eine wesentliche Optimierung.

Dreiblech-Verbindungen (zwei dicke Bleche, ein dünnes Blech), sind für das konventionelle Punktschweißen problematisch. Der Schweißpunkt bildet sich im Bereich der dickeren Bleche aus und erfasst das dünne Blech nur unzureichend.

Dreiblech-Verbindung

Bei DeltaSpot hingegen ist durch den zusätzlichen Wärmeeintrag des Prozessbandes eine Steuerbarkeit der Linsenposition gegeben. So ist es möglich, die geringe Wärmemenge des dünneren Blechs durch ein Prozessband mit größerem Widerstand auszugleichen.

Auf diese Weise verlagert sich der Schweißpunkt ausreichend in Richtung des dünnen Blechs. Bei Aluminium besteht das Problem einer hohen elektrischen und ther­mischen Leitfähigkeit und eines einhergehenden geringen elektrischen Widerstandes. Die damit verbundene geringe Wärmegenerierung lässt sich ebenfalls durch die richtige Wahl des Prozessbandeskompensieren. Gegenüber dem für Aluminium kaum realisierbaren Widerstands-Punktschweißen ergibt sich mit diesem Verfahren eine prozesssichere Möglichkeit des Punktschweißens von Aluminium.

Anpassungsvermögen

Zusammenfassend bietet das neue Widerstands-Schweißsystem DeltaSpot Lösungsmöglichkeiten für Werkstoffe und Anwendungen, wie Stahl-Zweiblech- und Mehrblechverbindungen aller gängigen beschichteten und unbeschichteten Stähle, Verschweißen unterschiedlicher Materialzusammenstellungen und Dicken (Tiefziehstähle in Verbindung mit CrNi oder Usibor) sowie Aluminium-Zweiblech- und Mehrblechverbindungen aller gängigen Aluminiumlegierungen.

Den technischen Grund für die Flexibilität bildet das große Prozessfenster. Stromstärke und Zeit zum Erreichen des Schweißpunktes lassen sich präzise steuern. Neben der Größe des Schweißpunktes ist auch dessen Position steuerbar. Dadurch eignet sich DeltaSpot zum Schweißen verzinkter und organisch beschichteter Stahlbleche und unbehandelter Aluminiumbleche. Diese Eigenschaften lassen Anwendungen über den Fahrzeugbau hinaus erwarten. Ein weiterer Vorzug des neuen Verfahrens ist seine universelle Einsetzbarkeit. Der indirekte Wärmeeintrag erlaubt es, für Aluminiumanwendungen denselben Inverter und Transformator zu verwenden wie für Stahlanwendungen. Einfacher Austausch des Prozessbandes und der Elektroden genügt, um mit derselben Schweißzange von Stahl- auf Aluminiumanwendungen zu wechseln.

Neben allen revolutionären technologischen Eigenschaften erfüllt DeltaSpot ein besonders im Fahrzeugbau vorrangiges Kriterium, die Qualitätssicherung. Bei einfacher Verwendung des Prozessbandes erfolgt der definierte Stromübergang für jeden Schweißpunkt an einer jeweils neuen Kontaktfläche des Bandes.

Anschließend gibt die benutzte Bandkontaktfläche Aufschluss über den Arbeitsprozess. Bilderfassungssysteme erfassen diesen einzigartigen Fingerprint des Schweißsystems. Geeignete Analysesysteme werten ihn aus. Das optional integrierbare Qualitätssicherungs-System erlaubt eine Erfassung zu 100 % und reduziert somit nachträglich aufwändige Qualitätskontrollen. „Neben der Qualitätssicherung ist so auch einer aussagefähigen Do­kumentation Tür und Tor geöffnet. Das neue Widerstands-Schweißsystem DeltaSpot birgt noch genügend Potenzial für weitere interessante Anwendungen“, resümiert Ing. Mag. Heinz Hackl, Entwicklungsleiter und Mitglied der Geschäftsleitung bei Fronius.

Walter Stieglbauer, Hubert Stadlmair

Erschienen in Ausgabe: 12/2005