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Laserschweißen von Komponenten für den Antriebsstrang

Schweissen+Schneiden 2017Junge Innovationen in den „Hallen der Löwen“

Schweissen+Schneiden

Die Essener Schweissen+Schneiden steht an – und zwar einmalig in Düsseldorf.  Natürlich werden zahlreiche Neuheiten und Weiterentwicklungen gängiger Marktführer erwartet. Doch darüber hinaus will die Messe Ideen- und Talentschmiede sein.

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LaserschweißenSchrauben ade

Automobile sind ständig auf Diät. Sie sollen weniger wiegen, weniger verbrauchen, für weniger Unfälle sorgen oder weniger Emissionen freisetzen. Doch so manches „weniger“ bedeutet im Antriebsstrang ein „mehr“: Die Zahl der Getriebegänge nehmen zugunsten der Effizienz und des Fahrkomforts zu. Davon profitieren können Hersteller wie Emag, die spezifische Fertigungslösungen rund um das Laserstrahlschweißen von Komponenten für den Antriebsstrang konzipieren.

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Schweißprozess eines Tellerrads in der ELC 250 Duo

Ob Hybride, vollelektrische Fahrzeuge oder Antriebe mit Brennstoffzelle – die Zukunft der Mobilität bleibt offen und spannend. Es passiert viel Neues. Doch neben diesen großen Innovationen finden nach wie vor viele kleine Veränderungen statt, die ebenso maßgeblich für den Erfolg von neuen Produkten sind. Klassische Bauteile, wie Differentialgetriebe, werden auch in Zukunft gefertigt – unabhängig welche Energieform für den Vortrieb sorgt. Emag bietet Fertigungslösungen rund um das Differential. Ein besonderes Highlight sind Systeme zum Laserschweißen von Differentialgehäuse und Tellerrad, die auf der Emag Laser Cell ELC 250 Duo basieren.

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Pick-up-Spindeln und Strahlweiche

Durch sie soll zum Beispiel die Schraubverbindung zwischen Tellerrad und Differentialgehäuse substituiert werden. Das hätte auf den ersten Blick zwei große Vorteile: Gewichtseinsparung und Kostensenkung. Zwei schlagkräftige Argumente, die jeden Hersteller von Achsgetrieben hellhörig werden lassen. Die Gewichtseinsparung eines geschweißten Differentials würde laut Emag für Pkw-Antriebe bei rund 0,6 bis 1,2 kg liegen. Die Kosteneinsparung resultiere aus dem geringeren Materialeinsatz, dem Entfall von Zerspanung, der Montageoperation sowie der sonst benötigten hochfesten Schrauben.

Was verlockend klingt, hat auch seine Tücken: Zunächst einmal kommen unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz. Während das Differentialgetriebegehäuse aus einem Gusswerkstoff hergestellt wird, besteht das Tellerrad aus Einsatzstahl. Aufgrund der Materialhärte ist das Schweißen von Guss immer ein kritischer Prozess und macht eine Anpassung des Schweißprozesses an das jeweilige Bauteil unumgänglich. Lösungen von der Stange gibt es nicht. Darüber hinaus macht das vormontierte Ausgleichgetriebegehäuse darauf folgenden Bearbeitungsschritt komplizierter: Verschmutzungen aus dem vorherigen Fertigungsprozess (Öl, Montagepasten, etc.) können den Schweißvorgang beeinträchtigen, Risse in der Schweißnaht wären die Folge. Eine Reinigung der Schweißzone ist also unerlässlich.

Gleiches gilt für das Tellerrad, das in der Regel mittels Phosphatierung oberflächenbehandelt wurde. Auch diese beeinträchtigt den Schweißvorgang und macht eine Reinigung des Bauteils notwendig.

Herzstück des Prozesses

So besteht die ELC 250 Duo aus zwei Stationen: An Station 1 findet eine Laserreinigung statt, während der Laserstrahl an Station 2 schweißtechnisch aktiv wird. Als Zwischenschritt ist das Aufpressen des Tellerrades auf das Gehäuse sowie eine genaue Lagebestimmung der darauf folgenden Schweißnaht eingeplant. Im Anschluss wird die Schweißraupe gebürstet und es kann eine Qualitätskontrolle, beispielsweise via Ultraschall, durchgeführt werden.

Emag Automation lieferte nach eigenen Angaben bereits mehr als 20 solcher Komplettsysteme für das Fügen und Laserschweißen von Differentialen aus – jedes hinsichtlich Automationsgrad, Flexibilität, Layout und Prozess auf den Kunden abgestimmt. Herzstück jeder Anlage ist die im Haus entwickelte und gebaute Laserschweißmaschine ELC 250 DUO.

Die doppelspindlige Auslegung der Laserschweißanlage, kombiniert mit dem Pick-up-Prinzip der sich selbst beladenden Arbeitsspindeln, ermöglicht einen vollautomatisierten Einsatz sowohl als Stand-alone-Maschine wie auch in der Linie. Durch den Einsatz von Pick-up-Spindeln wird eine taktzeitparallele Be- und Entladung ermöglicht, was die Nebenzeiten reduziert. Zudem können feststehende Optiken zum Einsatz kommen, da das Werkstück und nicht das Werkzeug bewegt wird. Dabei sind die Vorteile, die durch die fest verbauten Optiken in punkto Sicherheit entstehen, nicht zu unterschätzen. So sind die Laser immer in das Innere der Maschine gerichtet, was genügend Schutz für den Anwender garantiert. Weiterhin bedeuteten feststehende Optiken einen sicheren, reproduzierbaren Prozess, da die gesamte Lasertechnologie und Logistik rund um den Betrieb des Lasers nur einmal eingerichtet werden muss und dann unverändert bleibt. Darüber hinaus verhindern die gegebene Strahlführung und punktuelle Absaugung die Verschmutzung der Optiken beim Schweißprozess.

Eine weitere Besonderheit der Emag-Maschine ist, dass obwohl die Bearbeitung auf zwei Stationen in der ELC 250 DUO erfolgt, nur eine Laserquelle notwendig ist. Möglich macht das eine Strahlweiche, die den Laserstrahl zwischen beiden Schweißstationen bzw. Fokussieroptiken hin- und herschaltet. Damit soll die der Laser besser ausgelastet und die Produktivität der Laserschweißanlage gesteigert werden. cs

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