Die Integration von Widerstandsschweißprozessen in Folgeverbundwerkzeuge kann zur Steigerung der Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit beitragen. Gerade moderne Servopressen erlauben es, das Einschweißen von Muttern, Widerstandselementen oder Bolzen in den Umformprozess aufzunehmen, weil sich im Gegensatz zu herkömmlich betriebenen mechanischen Anlagen die Stößelbewegung gezielt steuern und kurzzeitig anhalten lässt. Allerdings ist es heute noch üblich, das Umformen und Fügen – hier das Widerstandsschweißen – voneinander zu trennen. Dabei wird das Bauteil nach dem Umformen aus der Presse entnommen und zum Schweißmodul transportiert. Dort wird die Mutter oder der Bolzen dann mit dem Blechteil verschweißt. Anschließend wird das Bauteil der weiteren Bearbeitung zugeführt. Zu diesem logistischen und Handlingaufwand kommt hinzu, dass die Blechumformung in der Regel mit einer höheren Taktzahl läuft als das nachgelagerte Schweißen. In solchen Fällen ist das Fügen der limitierende Prozess für die Fertigung.

Prozesse integrieren

Ziel muss es daher sein, den nachgelagerten Prozess in das Pressenwerkzeug zu integrieren und mit jedem Hub der Servopresse die nötigen Schweißungen auszuführen. Zu verschweißende Muttern oder Bauteile werden dabei über automatische Zuführsysteme vereinzelt und in der Schweißstation platziert. Hier kommt es vor allem auf ein hohes Fördervolumen der Systeme an, damit das Zuführen der Teile im Pressentakt erfolgen kann.

Für die Schweißaufgabe eignet sich besonders das Kondensatorentladungsschweißen (KES). Das Schweißen im integrierten Prozess erfolgt nach dem Prinzip des Widerstandsschweißens, wofür Strom, Druck und Zeit die wichtigsten Parameter sind. Beim klassischen Widerstandsschweißen liegen die Schweißzeiten in der Regel zwischen mindestens 100 und 200 ms. Das hat den Effekt, dass sich Wärme während der relativ langen Schweißzeit auch in das umliegende Material ausbreitet. Die verhältnismäßig große Einflusszone kann auch zur Verletzung eventuell vorhandener Beschichtungen führen.

Kürzer und kühler

Vorteil des KES ist es, dass die Schweißzeiten bis zu zehnmal kürzer sind und die Wärme nur in den Bereich der Schweißlinse eingetragen wird. Das ist insbesondere beim Schweißen in der Presse von Bedeutung, wo sonst der Raum erwärmt, ein Wärmestau auftreten und der Gesamtprozess negativ beeinflusst werden könnte.

Herzstück des KES sind moderne Hochleistungskondensatoren mit langer Lebensdauer, um der schnellen Taktfolge (bis zu 40 Schweißungen pro Minute) und den Anforderungen einer Mehrschichtproduktion zu entsprechen. Die Kondensatoren werden in den Nebenzeiten der Servopresse geladen, die Entladung erfolgt in wenigen Millisekunden über Schweißtransformatoren. Charakteristisch sind der steile Stromanstieg und der für das Widerstandsschweißen sehr hohe Schweißstrom. Die kurze Schweißzeit kommt der Integration in Servopressen entgegen. Der Schweißtransformator sollte möglichst nah am Schweißnest aufgebaut werden, um die Verluste im Sekundärbereich gering zu halten.

Gewichtige Argumente

Zugehörige Sensorik und Auswertgeräte überwachen den Verbindungsprozess und die Qualität. Lassen es die baulichen Maße zu, können mit einem Pressenhub mehrere Schweißverbindungen umgesetzt werden. Dafür erhält jede Schweißstation einen eigenen Transformator. Die Integration von Widerstandschweißaufgaben in den Umformprozess verspricht eine Steigerung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit bei der Blechumformung. Neben dem eingesparten Teilehandling ist eine höhere Ausbringung ein entscheidendes Argument für das Schweißen in der Presse.

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