Schweißsteuerung: So bearbeiten Sie „unschweißbare“ Materialkombinationen

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Der Fahrzeugbau nutzt zunehmend Materialkombinationen. Die Schweißsteuerung PRC7000 von Bosch Rexroth passt sich schnell an unterschiedliche Blechdicken und Materialmischungen an. Eine neue Funktion ermöglicht Verbindungen, die bisher nicht prozesssicher schweißbar waren.

Beim Fahrzeugbau geht der Trend hin zur Entwicklung immer leichterer und sicherer Fahrzeuge. Ein Grund: Je weniger Masse es zu bewegen gilt, desto niedriger ist der Energiebedarf. Das darf jedoch nicht auf Kosten der Sicherheit gehen. Gleichzeitig werden Design und Formen komplexer. Immer häufiger kommen Materialkombinationen zum Einsatz, um den aktuellen Anforderungen an Gewichts-reduzierung, Energieeffizienz, Crash-Sicherheit und Design gerecht zu werden. Das stellt völlig neue Anforderungen an das Widerstandspunktschweißen. Bosch Rexroth bietet mit der Schweißsteuerung PRC7000 daher eine Lösung, die sich schnell an Materialmischungen anpasst und unlösbare Verbindungen schafft.

Die Reduzierung von CO₂-Emissionen und Kraftstoffverbrauch ist ein maßgebliches Ziel in der Automobilbranche. Möglich wird dies zum Beispiel durch ein geringeres Fahrzeug-gewicht. Hier kommen immer leichtere Materialien wie Aluminium, Magnesium oder faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz. Auch für Elektrofahrzeuge gewinnt der Leichtbau an Relevanz, da eine Gewichtsreduktion die Reichweite erhöhen und die Batteriegröße reduzieren kann.

Ziel: unterschiedliche Materialien und Blechdicken punktgenau verbinden

„320 Teile, 80 Blechgüten und Beschichtungen, in verschiedenen Dicken – das ergibt exemplarisch 500 Materialdickenkombinationen, verbunden durch 5000 Schweißpunkte. So kann heute eine Fahrzeugkarosserie aussehen. Und die Komplexität steigt“, erklärt Timm Bartmann, Leitung Vertrieb und Produktmanagement Prozessschweißen bei Bosch Rexroth. „Dabei werden zum Beispiel verschiedene Metalle, Kunststoffe oder Verbundwerkstoffe miteinander kombiniert. Die Verwendung neuer Materialkombinationen eröffnet unter anderem die Möglichkeit, das Gewicht von Fahrzeugen zu reduzieren, das Design zu verbessern und innovative Produkte zu entwickeln. Das alles stellt jedoch große Anforderungen an das Widerstandspunktschweißen.“

Schweißsteuerung kommt mit vielen Materialien zurecht

Besonders anspruchsvoll wird es, wenn unterschiedliche Materialien miteinander verbunden werden müssen, da jedes Material unterschiedliche Schweißeigenschaften aufweist. Ein Beispiel hierfür sind Karosserieteile aus Aluminium, die zunehmend in modernen Autos verwendet werden. Sie sind leichter als Stahl, aber auch schwieriger zu schweißen. Hier sind spezielles Know-how und Techniken erforderlich, um eine sichere und stabile Verbindung herzustellen.

„Im Zuge der neuen Leichtbaukonzepte steigt der Einsatz von anti-korrosionsbeschichteten, höchstfesten Stahlwerkstoffen im Fahrzeugbau in den vergangenen Jahren kontinuierlich an. Mittels höchstfester Stähle können Bauteile mit verringerten Wandstärken ausgelegt werden – bei der gleichzeitigen Einhaltung der mechanischen Anforderungen. Diese Werkstoffe weisen jedoch beim Widerstandspunktschweißen in der Regel eine erhöhte Neigung zur Ausbildung von schweißbedingten Rissen auf“, erklärt Timm Bartmann.

Eine weitere Herausforderung: Beim Widerstandspunktschweißen von Aluminium und Stahl treffen zudem zwei Grenzbereiche der Physik aufeinander. Stahl besitzt einen hohen elektrischen Widerstand, Aluminium dagegen einen geringen Widerstand. Die Schweißsteuerung des Herstellers beherrscht beide Grenzbereiche. Hierzu wandeln Transformatoren die Ausgangsleistung der Schweißsteuerung passgenau für die jeweilige Schweißaufgabe um.

Lösung: perfekte Verbindungen mit neuer Schweißsteuerungsgeneration

Mit der Steuerung können unterschiedliche Blechdickenkombinationen sowie Materialmischungen – von Stahl bis Aluminium – problemlos verarbeitet werden. Die neue Schweißsteuerungsgeneration nutzt dafür adaptiver Regler sowie einer flexiblen Programmierbarkeit. Mit der Schweißsteuerung werden zudem perfekte Schweißpunkte reproduzierbar.

So hat beispielsweise ein führender Automobilhersteller in einem neuen Fahrzeug erstmals in hoher Anzahl das Widerstandspunktschweißen von Aluminiumteilen am Fahrzeugchassis umgesetzt. In diesem Fall besteht die Hauptkarosse aus Aluminium und weist circa 2000 Schweißpunkte mit unterschiedlichen Alublech-Kombinationen auf.

„Aufgrund vieler neuer Materialkombinationen werden zudem die Prozessfenster immer kleiner und sind trotz gezielter Parametrierung der jeweiligen Fügeaufgabe mit konventionellen Widerstandssystemen nur bedingt schweißbar. Mit der Steuerung sind unlösbare Verbindungen möglich“, sagt Timm Bartmann. „Mit der integrierten Funktion ‚Adaptive Position Regulation‘ ermöglicht sie das Schweißen in bisher nicht dagewesener Qualität. Hier werden auch Verbindungen möglich, die bisher so nicht prozesssicher schweißbar waren.“

Wie dies genau funktioniert, zeigt der Hersteller auf der Messe „Schweißen & Schneiden 2023“ (vom 11. bis 15.09.2023 in Essen) in Halle 3, Stand 3A67.

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