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Fügetechnik Eine gute Fügung

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Die richtige Fügetechnik ist für Automobilbauer ein spannendes Thema. Die Vollniet- und vor allem die Klebeverbindung verzeichnen starken Zuwachs.

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Die richtige Fügetechnik ist für Automobilbauer ein spannendes Thema. Die Vollniet- und vor allem die Klebeverbindung verzeichnen starken Zuwachs. Doch auch beim altbewährten Schweißen gibt es interessante Neuentwicklungen. Audi setzt beim neuen TT erstmals rund 100 Vollnietverbindungen ein, und im Rohbau des 7er BMW tragen Roboter rund 150 Meter Klebenaht auf.

Zwei Nachrichten, die den Anbietern von Schweißtechnik eigentlich Sorgenfalten – um nicht zu sagen Schweißperlen – auf die Stirn treiben müssten. Tatsächlich aber gibt es auch beim Schweißen genügend Detailverbesserungen, die die Einsatzgebiete des Verfahrens vergrößern und die Wirtschaftlichkeit erhöhen.

Ein Beispiel dafür bietet Fronius mit dem "Cold Metal Transfer" (CMT)-Verfahren, das jetzt auf das prozesssichere Fügen von Stahl mit Aluminium erweitert wurde: eine Werkstoffverbindung, die in vielen Fahrzeug-Karosserien zu finden ist. Kennzeichnend für den "Cold Metal Transfer" des Lichtbogenschweißens ist die in die Prozessregelung integrierte Drahtbewegung und die elektronische Regelung des Lichtbogens.

Die exakte Regelung des Prozesses minimiert die Wärmeeinbringung und erlaubt unter anderem die Verbindung von Alu und Stahl. Auf der Aluminiumseite entsteht dabei eine Schweiß- und stahlseitig eine Lötverbindung. Das CMT-Verfahren wird bereits zum Fügen von Karosserien sowie von Antriebskomponenten und Abgassystemen eingesetzt. Aktuelle Weiterentwicklungen machen auch das manuelle CMT-Schweißen z. B. für Kleinserien möglich.

Auch Cloos setzt auf "kaltes" Schweißen und hat den "Cold Process" (CP) für das rationelleDünnblechschweißen entwickelt. Als Vorteile nennt das Unternehmen unter anderem den geringen Energieeintrag, den verminderten Verzug und den reduzierten Abbrand der Beschichtung beim Bearbeiten behandelter Bleche. Zu den Neuheiten des Unternehmens gehört auch eine Impulsstromquelle, die speziell für Automotive-Kunden entwickelt wurde und sehr gute Nahtergebnisse schafft.

Das Gerät wird über eine externe Bedieneinheit eingestellt, die sich fern von der Stromquelle direkt am Roboterarbeitsplatz befindet. Für das DeltaSpot-Verfahren des Widerstands-Punktschweißens erhielt Fronius im vergangenen Jahr von Frost & Sullivan den „Welding Technology of the Year Award". Die neue Art der Roboterzangen nutzt Prozessbänder, die zwischen den Elektroden und den Blechen umlaufen. Auf diese Weise werden nicht nur die Elektroden, sondern auch die zu fügenden Werkstoffe geschützt und Schweißspritzer vermieden.

Darüber hinaus sind die Schweißpunkte hundertprozentig reproduzierbar, und im Vergleich zum konventionellen Widerstands-Punktschweißen profitiert der Anwender von einer Vergrößerung des Prozessfensters. Das Verfahren eignet sich für Stahl und Aluminium genauso wie für beschichtete Bleche und Mischverbindungen. Selbst bei Drei-Blech-Verbindungen und beschichteten Materialien wird laut Fronius ein prozesssicheres Punktschweißen erreicht. Mit den Innovationen der Roboterhersteller ist die Entwicklung der Schweißtechnik eng verknüpft.

Hier steht zurzeit das Thema "Kooperierende Roboter" im Vordergrund: Die alte Arbeitsteilung von starrem Werkzeug und beweglichem Schweißroboter wird, so scheint es, bald der Vergangenheit angehören. Künftig – so hat es DaimlerChrysler schon im vergangenen Jahr demonstriert – halten mehrere Roboter die Karosserieteile, die ein weiterer Roboter fügt. Der Clou dabei: Alle Roboter bewegen sich, sodass die Wege verkürzt und die Prozesse beschleunigt werden. DaimlerChrysler ist auf diesem Weg schon weit vorangeschritten und sieht – genau wie Entwicklungspartner Kuka – diesen Ansatz als wegweisend für den Karosseriebau.Im übrigen arbeitet auch Cloos an derartigen "Kooperationsprojekten" von Handlings- und Schweißrobotern. Ein anderes Zukunftsthema ist die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter ohne trennenden Schutzzaun: Der Bediener könnte dann beispielsweise ein Teil schweißen, das der Roboter festhält und handhabt. Nahezu alle Roboterhersteller, Forschungseinrichtungen und OEM arbeiten an solchen Projekten.

Kuka etwa präsentierte Ende 2006 auf der Euroblech eine Schutzgas-Schweißzelle, deren Handling-Roboter über Joysticks von einem Bediener geführt wird – natürlich unter Beachtung der einschlägigen Richtlinien zur Maschinensicherheit. Ein Praxisbeispiel von Dalex zeigt, dass die Schweißtechnik-Anbieter zunehmend vom Maschinenbauer zum Systemlieferanten werden:

Das Unternehmen hat Ende 2006 bei ATY in Lohr eine Komplett-Schweißanlage mit sechs verketteten Stationen für die Fertigung von Pkw-Rücksitzlehnenstrukturen in Betrieb genommen (siehe »Automobil Industrie«, Ausgabe 10/2006). Die Anlage verschweißt die Teile mit Widerstands- und Lichtbogentechnik und kontrolliert sie laseroptisch.Bei allen Widerstandsschweiß-Operationen kommt servomotorische Antriebs- und Regelungstechnik von Cosytronic zum Einsatz. Der Technologiepartner hat sein Servo-Know-how nun auch auf Schweißpressen übertragen – bis zu 54 Buckel können servomotorisch in einem Arbeitsgang verschweißt werden. Damit kommt nicht nur neues Tempo in diese bewährte Fügetechnik, es lassen sich auch die Prozessparameter besser steuern.

Außer neuen Verfahren und Anlagen gibt es immer wieder scheinbar kleine Verbesserungen, die jedoch große Auswirkungen auf Kosten und Qualität haben können. Ein Beispiel dafür sind Schweiß- und Positionierstifte, die die zu schweißenden Teile fixieren. Traditionell verwendet die Industrie hier Hartmetall, das jedoch unter den hohen mechanischen Belastungen beim häufigen Wechsel der zu bearbeitenden Teile schnell verschleißt.

Als Alternative hat Doceram Stifte aus schlagzäher Cerazur-Keramik entwickelt. Praxiseinsätze zeigen, dass sie eine 25- bis 30-fach längere Standzeit aufweisen. Außerdem konnten die ersten Anwender ihre Qualität im Rohbau verbessern, weil die Stifte formstabil bleiben und die Muttern und Bolzen, die mit den Blechteilen verschweißt werden, stets exakt positioniert sind. Auf diese Weise amortisiere sich der Mehrpreis der Keramikstifte laut Doceram sehr schnell.