Digitalisierung der Schweißtechnik

Vernetztes Fügen

Das Sammeln von Schweiß-Daten, das Interpretieren und das sofortige Reagieren erfordert eine extrem schnelle Datenübertragung innerhalb des Schweißsystems. Die Entwickler müssen offene Schnittstellen schaffen, die den Import von bauteilspezifischen Daten und deren Zusammenführung mit prozessrelevanten Schweißdaten ermöglichen. Selbstlernende Algorithmen verarbeiten und generieren wichtige Informationen und Handlungsimpulse. Fronius' Antwort auf die neuen Herausforderungen lautet TPS/i und WeldCube.

WeldCube ermöglicht einen digitalen Report der Schweißnaht - auch auf Bauteilebene (Bild: Fronius International GmbH)

Fronius hat die Schweißstromquelle TPS/i mit dem Fokus entwickelt, eine sofortige Erfassung aller für den Schweißprozess wichtigen Einflüsse sowie deren effiziente Verarbeitung und Nutzung zu ermöglichen. Die Vernetzung aller prozessrelevanten Regelungskomponenten – wie etwa der Stromquelle und der Drahtvorschübe – basiert auf einem High-Speed-Echtzeit-Industriebus (Speed Net). Somit können Prozessdaten wie Drahtvorschubgeschwindigkeiten, Schweißspannung und Schweißstrom in harter Echtzeit übertragen werden. Das ermöglicht erstmalig Regelungsgeschwindigkeiten im μsec-Bereich.

Die Schnelligkeit in der Datenerfassung und -verarbeitung macht das Entwickeln neuer Prozessvarianten und Stabilisatoren möglich. Der Einbrandstabilisator gleicht bei sich ändernden Abständen von Schweißbrenner zu Bauteil bei gleichbleibendem Schweißstrom die Drahtvorschubgeschwindigkeit laufend dynamisch an. Somit wird ein gleichbleibender Einbrand erzeugt. Dies stellt bei der Programmierung von Roboterbahnen einen großen Vorteil dar. Im Bereich des Impuls- und Kurzlichtbogenschweißens konnte ein kontrollierter, kurzschlussbehafteter Impulslichtbogen (PMC) entwickelt werden. Jeder einzelne Tropfen wird im Kurzschluss kontrolliert an das Schmelzbad übergeben, womit bis zu 30 Prozent gesteigerte Schweißgeschwindigkeiten bei hoher Stabilität erreicht werden können.

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„Mit Blick auf den Materialmix, dünnere, höherfeste Materialien und neuartige Beschichtungen nehmen die Ansprüche an die Fügetechnologie zu“, erklärt Christoph Pangerl, Key Account Manager Automotive bei Fronius, die spezifischen Herausforderungen in der Automobilindustrie. Auch für diesen Aspekt sind die Digitalisierungs-Entwicklungen in der Schweißtechnik von hoher Relevanz. Denn durch den für die TPS/i-Plattform weiterentwickelten CMT-Prozess kann ein noch dynamischerer Lichtbogen erreicht werden. Der CMT-Schweißprozess (Cold Metal Transfer) bietet besondere Vorteile beim Fügen unterschiedlicher Materialien, wie zum Beispiel Stahl und Aluminium, aber auch bei dünneren Blechverbindungen. Zudem ermöglicht das Verfahren eine Reduktion des Wärmeeintrags sowie ein spritzerfreieres Schweißergebnis. Im Zusammenspiel mit der TPS/i-Stromquelle erlauben weitere Einstellungsmöglichkeiten, den Wärmeeintrag beim Schweißen präzise zu regeln sowie die Spaltüberbrückbarkeit und das Einbrandprofil zu optimieren.

In einem digitalisierten Produktionsumfeld wird auch die Datensicherheit ein immer relevanteres Thema. Für die TPS/i wurde deshalb ein spezielles System entwickelt. Dabei wird die interne Kommunikation nach einem eigens entwickelten Standard absichert. „Auch die Vernetzung von Daten wird immer wichtiger für effiziente, qualitätsoptimierte Produktionsabläufe. Die von der Schweißstromquelle gesammelten Status- und Schweißnahtinformationen können genutzt werden, um die Schweißprozesse zeitnah zu überwachen, zu analysieren und zu dokumentieren.“ Damit spricht Pangerl einen weiteren Aspekt der Digitalisierung an. Zur besseren Handhabung ist es unerlässlich, dass die Daten mehrerer Stromquellen auch unternehmensübergreifend zusammengeführt und verwaltet werden können. Eine Software, die dies ermöglicht, muss einfach in Produktionssysteme zu integrieren und wartungsarm sein. Dies wurde in der Entwicklung von WeldCube berücksichtigt. Mit dieser Software verknüpft Fronius Schweißsysteme verschiedener Geräteserien über eine schnelle Datenanbindung und -verarbeitung. Alle für die Auswertung relevanten Daten wie Spannung, Strom, Drahtvorschub, Grenzwerte, Gas, Schweißgeschwindigkeit etc. werden übermittelt und verarbeitet.

„In Hinblick auf Industrie 4.0 wird der weitere Ausbau von digitalisierungsfähigen und vernetzbaren Produktionsprozess-Komponenten unerlässlich sein. Abgesehen von den hohen Anforderungen, die an Hardware und Software gestellt werden, wird die Digitalisierung von Wissen die nächste große Herausforderung auf dem Weg zur Smart Factory darstellen“, skizziert Pangerl die Zukunft der Fügetechnik in der Automotive-Branche. cs

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