Schweißen für die Umwelt

Neuartiges Punktschweißen ermöglicht leichtere Schienenfahrzeuge

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Thermoexpansionsbasierte Regelung

Weil anders als beim klassischen, zweiseitigen Punktschweißen die beiden Elektroden beim einseitigen Fügen nicht mehr auf dem oberen und unteren Blech gegenseitig anliegen können, hat Nimak einen neuartigen „Doppelpunkter“ entwickelt. Und weil Aluminium ein besonders guter Leiter ist, ist es dabei besonders schwierig, den Stromfluss durch das obere und dann noch durch das untere Blech oder die Rahmenstruktur und wieder zurück zu leiten. Um hier qualitativ hochwertige Verbindungen zu erzeugen, muss mit besonders abgestimmten Schweiß-Kraft-Programmen gearbeitet werden. Genau das kann der Doppelpunkter leisten, der sich von herkömmlichen Doppelpunktanlagen durch den Einsatz von zwei „magneticdrive“-Kraft- und -Nachsetzsystemen mit einer integrierten Kraftreglung anstelle der üblichen pneumatischen oder elektromotorischen Einheiten unterscheidet.

Auch hat das „magneticdrive“-System ein Wegmesssystem respektive eine Sensorik, die es möglich macht, während des Schweißens die Ausdehnung der Schweißlinse zu messen. Das Ausmaß dieser Thermoexpansion hat Broda in dem gemeinsamen Projekt untersucht, um daraus eine Stellgröße für den Schweißprozess abzuleiten. Daraus sollte eine sichere Korrelation zwischen Ausdehnung und Schrumpfung sowie dem Durchmesser der Linse ausgearbeitet werden. „Die Ergebnisse dieser Analyse haben wir bei der Programmierung der Thermoexpansionsregelung einfließen lassen“, erklärt Kay Nagel, Vertriebsleiter bei Nimak. Auf dieser Basis kann man stets mit den optimalen Strom-, Zeit- und Kraftprofile im Verlauf des Schweißprozesses arbeiten. Das Weg- beziehungsweise Stromsignal des Magneten wird laut Nagel auch genutzt, um durch Kraftanpassung auf die Linsengröße Einfluss zu nehmen.

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Zweifacher Vorteil schweißt noch hochwertiger

Das System „magneticdrive“ wird jetzt also in zweifacher Hinsicht nützlich: zunächst beim Messen der wärmebedingten Ausdehnung der Schweißlinse – was bisher nicht berücksichtigt wurde – und schließlich bei deren Schrumpfung, bei der die Elektrode dann blitzschnell nachsetzt. Durch die Kraftregelung wird das Schweißergebnis noch hochwertiger. Die Schweißung kann je nach Materialstärke des Aluminiums mit Schweißstrom deutlich unter 50 kA erfolgen, was den Einsatz kleinerer Schweißtransformatoren und -inverter ermöglicht und deshalb zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung des Schweißsystems führt. So wird auch eine Kombination mit einem Industrieroboter möglich.

Sichere Prognose der Schweißqualität wird möglich

„Das Ziel des einseitigen Widerstandspunktschweißens mit thermoexpansionsbasierter Regelung ist es, eine optimale Schweißlinsengröße zu erzielen, die dann auch noch möglichst frei von Imperfektionen sein soll“, fasst Nagel zusammen. Durch die Möglichkeit, exakt messen zu können, wie stark sich die Schweißlinse ausdehnt und wie tief die Elektrode später in das Blech einsinkt, kann man genau sagen, ob die Schweißung den Ansprüchen genügt. Und nach der DIN EN 15085 erfülle die neue Nimak-Schweißtechnik nachgewiesenermaßen die geltenden Vorschriften für den Schienenfahrzeugbau, in Deutschland insbesondere für die Deutsche Bahn. Die Qualitätsanforderungen sind erfüllt, weil der Mindestdurchmesser der Schweißlinse und ihre erforderliche Belastbarkeit erreicht werden. Die Prozessstabilität sei im Rahmen einer Verfahrensprüfung nach DIN EN ISO 15614 Teil 12 durch Sichtprüfung, Scher-Zug-Proben und Makroschliffe an einer Beispielverbindung bestätigt.

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