Ejoweld-Anlagentechnik, Bild: Ejot

Das Ejoweld-Verfahren bietet maximale Flexibilität durch modular aufgebaute Anlagentechnik. Bild: Ejot

Das Spektrum möglicher Anwendungen, in denen Leichtbau-Materialien zum Zuge kommen, ist in den letzten Jahren kontinuierlich angestiegen. Insbesondere in der Automobilindustrie finden sich zunehmend Anwendungen. Denn ein deutliches Absenken der CO2-Schadstoffemissionen lässt sich nur über den Weg der Gewichtsreduzierung im Fahrzeugbau erreichen. Daher hält die Leicht- und Mischbauweise mittlerweile Einzug in nahezu alle Baugruppen zukünftiger Fahrzeugmodelle. Besonders der in Multi-Material-Bauweise ausgeführte Karosserie-Rohbau zeichnet sich durch eine Vielzahl eingesetzter Materialien und Werkstoffe aus.

Was ist Reibschweißen? - Definition und Funktion

Das Reibschweißen nach EN ISO 4063: Prozess 42 ist ein Schweißverfahren, bei dem die Werkstücke durch Druck und Reibung erhitzt werden. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung und Plastifizierung des Materials. Am Ende des Reibvorganges ist es wichtig, die Teile richtig zueinander zu positionieren und einen hohen Druck auszuüben. Hierdurch ist die thermische Belastung überwiegend auf den Stellen, an denen die Werkstücke direkt belastet werden. Dieses Verfahren ermöglicht auch die Verbindung von Werkstücken aus verschiedenen Materialien, wie zum Beispiel Aluminium und Stahl. (u.a. Quelle: Kovinc)

Neben verschiedensten Stahl- und Aluminium-Sorten sind hier insbesondere moderne, warmumgeformte Bor-Stähle wie beispielsweise Usibor von Arcelor Mittal zu nennen, die für Struktur- und Sicherheitsbauteile in Fahrzeugen eingesetzt werden. Diese verfügen über eine sehr gute Crashsicherheit und bieten ein Gewichtseinsparpotenzial von ungefähr 30 bis 50 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen, kaltumgeformten Stahlgüten.Eine innovative Option für das Fügen unterschiedlicher Materialien und Halbzeugarten ist das sogenannte Reibelementschweißen, das der Verbindungstechnik-Spezialist Ejot unter dem Markennamen Ejoweld vermarktet.

Wie das Ejoweld-Verfahren funktioniert

Diese neue Entwicklung bietet dem verbindungstechnischen Anwender erstmalig die Möglichkeit, mit einem robotertauglichen Reibelementsetzgerät Mischverbindungen, insbesondere Leichtbauwerkstoffe und höchstfeste Stähle, zu fügen.

Und so funktioniert es: Bei dem Verfahren durchdringt ein rotierendes, axialkraftbeaufschlagtes Reibelement zunächst das Bauteil aus Leichtmetall und verschweißt sich anschließend mit dem Bauteil aus höchstfestem Werkstoff. Die Verschweißung erfolgt durch den reibungsinduzierten Wärmeeintrag, einhergehend mit der hohen Flächenpressung in der Fügestelle. Bei diesem Prozess wird kein Vorloch benötigt und es entstehen hochfeste und hoch belastbare Fügepunkte. Damit ist die Fügeoperation ohne Vorbehandlung der Fügepartner schnell, automatisiert, mit hoher Festigkeit und reproduzierbar verwirklichbar. Das Reibelementschweißen ist als System ausgelegt und umfasst das eigentliche Reibelement, den Fügeprozess, eine automatische Zuführung sowie ein robotertaugliches Reibelementsetzgerät. Diese Anlagentechnik ist modular aufgebaut und erlaubt eine maximale Flexibilität zur Anpassung an die Fügeaufgabe.

Die einzelnen Schritte des Ejoweld-Fügeprozesses. Bild: Ejot
Die einzelnen Schritte des Ejoweld-Fügeprozesses. Bild: Ejot
Karosserie, Bild: Ejot
Die rot eingefärbten Bereiche zeigen typische Anwendungsgebiete von höchstfesten Stählen und Aluminium im Karosserie-Rohbau, die prozess-sicher mit dem Ejoweld-Reibelement-Schweißverfahren gefügt werden. Bild: Ejot

 

Das innovative Fügeverfahren eröffnet verbindungstechnischen Anwendern den Einsatz neuer Materialien und Materialdickenkombinationen, von denen sie bisher noch Abstand nehmen mussten. Damit besteht insbesondere für Karosserieentwickler die Möglichkeit, metallurgisch unterschiedliche Werkstoffe mit hoher Festigkeit reproduzierbar zu fügen. Dabei kann mit lediglich zwei bis drei Arten von Verbindungselementen eine große Anzahl der in der Automobilindustrie üblichen Materialkombinationen für Mischbauweise gefügt werden. Anwender profitieren darüber hinaus von der kurzen Prozesszeit – circa 0,7-1,8 Sekunden pro Fügepunkt –, der leichten Adaptierbarkeit an unterschiedliche Werkstoffe und Werkstoffdicken der Fügepartner sowie von der hohen Energieeffizienz gegenüber hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betriebenen Fügeverfahren. Weitere Vorteile ergeben sich aus der masse- und störkantenoptimierten Bauart des serienerprobten Reibelementsetzgerätes, die den Einsatz am Roboter und in beengten Karosseriestrukturen ermöglicht.

Für das Ejoweld-Fügeverfahren ist ein sogenannter Application Check erhältlich, der es dem Anwender ermöglicht, eine allgemeine Aussage zur Machbarkeit der individuellen Fügeaufgabe zu treffen. Dabei ist grundlegend zu unterscheiden, welche Materialien und Dicken verwendet werden sollen und welcher Bauraum zur Verfügung steht. Nach erforderlicher Registrierung auf der Website des Verbindungstechnikspezialisten unter „CAD & mehr“ können Kunden diesen Berechnungsservice direkt online nutzen. Die Online-Prozesskontrolle, mit der sehr hohen Abtastrate von Messwerten, ermöglicht ein dynamisches Steuerungs- und Regelungskonzept, welches eine Qualitätsrate größer 99,995 Prozent sicherstellt. Alle Einflüsse werden somit detektiert, ausgewertet und der Fügeverlauf entsprechend angepasst. Die Verbindungstechnikspezialisten haben zur Bewertung der gesamten Mischbauverbindung einen sogenannten Verbindungsgütefaktor entwickelt, anhand dessen die Gebrauchswerteigenschaften der Fügestelle einer Validierung unterzogen werden können. Als zerstörungsfreie Prüfmethode kann auch die Ultraschallprüftechnik angewendet werden.

Die neuartige Fügetechnologie ist primär auf den Herstellungsprozess von Bauteilen und Baugruppen für die Automobilindustrie ausgerichtet. Das Verfahren eignet sich aber auch für andere blechverarbeitende Betriebe. Eine besondere Anwendungsmöglichkeit besteht darüber hinaus in Produktionsprozessen, in denen eine energieeffiziente Fügetechnik notwendig ist, da mit dem Reibelementschweißen für 1000 Fügepunkte lediglich die elektrische Energie von ungefähr einer Kilowattstunde benötigt wird. aru

Zum Thema: Mit Cobot schweißen - Vorteile und teachen! - Quelle: next Robotics

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