DeltaSpot

Als kostengünstige Methode für das Fügen von Stahlblechen, hat sich das Widerstands-Punktschweißen auf einer breiten industriellen Basis etabliert. Jedoch sind vor allem im modernen Fahrzeugbau Verbindungen teils hochfester Stahlbleche unterschiedlicher Stärke und Qualität gefragt, die das konventionelle Punktschweißen überfordern. Auch das Fügen von Aluminium ist ein ganz wesentlicher Trend. Derart anspruchsvolle Anwendungen erfordern daher häufig ein Ausweichen auf kostenintensive mechanische Fügeverfahren, wie Stanznieten oder Schrauben. Gefordert ist daher ein optimiertes Widerstands-Punktschweißverfahren für komplexe, alternative Anwendungen. Mit DeltaSpot wurde diese Herausforderung angenommen und gemeistert.

Kennzeichnend für DeltaSpot ist eine Roboter-Schweißzange mit umlaufendem Prozessband, das zwischen den Elektroden und den zu fügenden Blechen läuft. Die fortlaufende Weiterbewegung des Prozessbandes führt zu einem kontinuierlichen Prozess in konstanter Qualität, während mehrerer Schichten. Präzision im Schweißprozess, exakte Qualitätskontrolle und hohe Elektroden-Standzeiten sind das Ergebnis. Es entfällt das in kurzen Intervallen erforderliche Kappenfräsen der Elektroden. Diese erhalten dank des Prozessbandes einen optimalen Schutz gegen Verschleiß und Ablagerungen aus Blechbeschichtungen. Konstante Qualität und reproduzierbare Schweißpunkte sind dadurch während mehrerer Fertigungsschichten gewährleistet.

Visualisierung DeltaSpot Prozess: Das Prozessband läuft zwischen den zu fügenden Blechen und den Elektroden und sorgt für einen effektiven Schutz der Elektroden.

Das Prozessband überträgt einerseits den Schweißstrom, andererseits schützt es die Kontaktflächen der Elektroden vor Verunreinigung durch Zink, Aluminium oder organische Rückstände. Mit dem Schutz einher geht eine bedeutend höhere Lebensdauer der Elektroden. Tests mit Aluminium-Blechen (AlMg3-Legierung) zeigten eine sehr hohe Lebensdauer von ca. 30.000 Schweißpunkten. Mit seiner indirekten Blechkontaktierung sorgt das Prozessband für ein weitgehend spritzerfreies Schweißergebnis. Es erübrigt sich die sonst unvermeidliche Nacharbeit, wodurch neue Qualitätsstandards zu erreichen sind. Besonders bei Aluminiumblechen erweist sich die Beschichtung des Prozessbandes als vorteilhaft. Der dadurch optimierte Kontakt zum Aluminiumwerkstoff vermeidet eine Spritzerbildung mit einhergehender Beschädigung der Bauteile. Das Prozessband ist äußerst selten und gleichzeitig ohne großen Aufwand 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.

Zusätzliche Nutzenpotentiale ergeben eine sinnvolle Ergänzung zu den genannten physikalischen Eigenschaften. Dazu zählt der servomotorische Zangenantrieb, der aufwändige Druckluftversorgungen einspart, genauso wie die integrierte Software für ein zentrales Parametrieren der einzelnen Schweißzangen. Integraler Bestandteil ist auch die umfangreiche Überwachung und Diagnose der gesamten Anlage. Ist der Schweißvorgang abgeschlossen, gibt die benutzte Band-Kontaktfläche Aufschluss über den Arbeitsprozess. Bilderfassungs-Systeme detektieren diesen einzigartigen Fingerprint des Schweißpunktes. Geeignete Analysesysteme werten ihn aus. Für diese Aufgabe kommt der Software eine zentrale Bedeutung zu. Das optional integrierbare Qualitätssicherungs-System erlaubt eine vollständige Erfassung der Prozessdaten und reduziert somit nachträglich aufwändige Qualitätskontrollen.

Geeignet ist DeltaSpot vor allem für Stahl- und Aluminiumbleche, auch in Verbindung mit den heute üblichen Korrosionsschutz-Beschichtungen, sowie für Schwarz-Weiß-Verbindungen. Letztere sind Verbindungen unlegierter oder niedrig legierter Stähle mit nicht rostenden, hochlegierten Stählen. Auch Mischverbindungen unterschiedlicher Materialzusammenstellung und Dicken sind darstellbar. Beispiele dafür sind  Tiefziehstähle in Verbindung mit Chrom-Nickel-Stählen oder Usibor, sowie Materialzusammenstellungen aus beschichteten Stahlblechen und Aluminium. Entwicklungsschwerpunkt war die Anwendbarkeit für hochlegierte Stahlverbindungen und auch Magnesiumverbindungen, die im modernen Leichtbau zu den Werkstoffen mit dem größten Potential zählen. Zweiblech- oder Mehrblechverbindungen praktisch aller genannten Materialzusammenstellungen sind ebenfalls realisierbar. Ein einfacher Austausch des Prozessbandes genügt, um mit derselben Schweißzange eine andere Blechdicken- und Materialzusammenstellung zu schweißen.

Der wünschenswert hohe Wirkungsgrad ist ein Resultat zusätzlicher Prozesswärme, die aus dem inneren Widerstand und den Kontaktwiderständen des Prozessbandes entsteht. Beim klassischen Widerstands-Punktschweißen von 2 x 1,0 mm AlMg3-Blechen ist mit einem Strombedarf von 35.000 A bis 40.000 A zu rechnen. Das Prozessband reduziert den Strom auf 16.000 A. Der geringere Schweißstrom und die individuelle Anpassung des Prozessbandes an den Schweißprozess, erlauben einen kontrollierten Wärmeeintrag, sowie die Steuerung von Position und Form des Schweißpunktes, wie im Folgenden genauer ausgeführt wird.

Dreiblech-Verbindungen (zwei dicke Bleche, ein dünnes Blech), sind für das klassische Punktschweißen problematisch. Der Schweißpunkt bildet sich im Bereich der dickeren Bleche aus und erfasst das dünne Blech nur unzureichend. Um diesen Effekt auszugleichen, sorgt das Prozessband über seinen zusätzlichen Wärmeeintrag für eine gezielte Steuerung der Schweißpunkttiefe. So ist es möglich, die geringe Wärmemenge im Bereich des dünneren Blechs durch ein Prozessband mit größerem Widerstand auszugleichen. Auf diese Weise verlagert sich der Schweißpunkt ausreichend in Richtung des dünnen Blechs. Gleichzeitig wird die Form des Schweißpunkts symmetrischer und weist nun auch im Bereich des dünneren Blechs ein größeres Volumen auf.
 
Bei Aluminium besteht das Problem einer hohen elektrischen sowie thermischen Leitfähigkeit und eines entsprechend geringen elektrischen Widerstandes. Die damit verbundene, eingeschränkte Wärmegenerierung lässt sich ebenfalls durch die richtige Wahl des Prozessbandes kompensieren. Gegenüber dem für Aluminium ohnehin kaum realisierbaren klassischen Widerstands-Punktschweißen, kann das Punktschweißen von Aluminium erstmals Prozess sicher erfolgen.

Zusammenfassend lässt sich für das Punktschweißverfahren mit Prozessband ein breites Anwendungsfeld in der Fügetechnik prognostizieren. Nicht zuletzt deshalb verspricht das DeltaSpot-Verfahren vor allem im Fahrzeugbau neue Perspektiven für innovatives und effizientes Wirtschaften.