Punktschweißen von Aluminium in automotiven Anwendungen

Auch Bleche aus Aluminium können durch das Punktschweißverfahren miteinander verbunden werden. Herausfordernd ist hier der höhere elektrische Leitwert. Auch die thermische Leitfähigkeit unterscheidet sich zu Stahl. Dies bedingt eine grundsätzliche Erhöhung des elektrischen Stromes. Beim Punktschweißen von Aluminium können abweichende Schweißbedingungen, wie Shunt-Effekte oder variierende Oberflächen zu unregelmäßigen Schweißergebnissen führen. Aufgrund der spezifischen Materialeigenschaften werden dem Punktschweißprozess folgende Herausforderungen gestellt:

- Geringer elektrischer Widerstand:
hohe Schweißströme
- Hohe Wärmeleitfähigkeit:
kurze Schweißzeiten
- Oxidierende Oberflächen:
variable Startbedingungen
- Zwingend saubere Elektroden:
regelmäßige Elektrodenkappenreinigung

MATUSCHEK bietet mit dem AluSPATZ+ Komplettschweißsystem eine zukunftssichere kundenspezifische Komplettlösung zum Schweißen von Aluminiumblechen. Somit ist das prozesssichere Punktschweißen von Aluminium beim Realisieren Ihrer Projekte zukünftig kein Problem mehr. Verschiedeneste Blechkombinationen lassen sich mit unsere Equipment fest miteinander verbinden. Sowohl beim Fügen von Strukturbauteilen, Strangpressprofilen und 3-Blech-Verbindungen, als auch beim Fertigen in Serie ist das Erreichen konstanter reproduzierbarer Schweißergebnisse mit dem AluSPATZ+ Komplettschweißsystem realisierbar.

ServoSPATZ+ Kombischweißsteuerung

AluGATOR Servoschweißzange

CapClean 3D-Reformierung

Es besteht aus folgenden Komponenten:

• ServoSPATZ+ Kombischweißsteuerung (kombinierte Steuerung des Schweißstroms und der Elektrodenbewegung), bis 80 kA
• AluGATOR Servozange, mit 2 servoelektromotorischen Aktuatoren:
  • zum Aufbringen und Kontrollieren der Schweißkraft
  • für den zangenpositionsunabhängigen adaptiven Zangenausgleich
• CapClean zum Reinigen und Reformieren der Elektrodenkappen mit bis zu 300 Schweißungen zwischen dem Reinigen

Vorteile des AluSPATZ+ Komplettschweißsystems

• Adaptiver Regelprozess AluMASTER, der folgende Prozessstörungen / -variationen kompensiert:
  • Nebenschlusssituationen (aufgrund der besseren Leitfähigkeit und höheren Blechdicken) einen generell stärkeren Einfluss auf das Schweißergebnis
  • Spaltsituation (z. B. verursacht durch Bauteiltoleranzen)
  • Oberflächenbeschaffenheit der Aluminiumbleche (Wachs, Oberflächenkratzer!, Aluminiumoxid, etc.)
  • Schwankungen in der Menge der aufgetragenen Struktur- und Dichtklebstoffe
  • Schlechter Schweißzangenausgleich
  • Schlechte Positionierung der Elektroden, z. B. nicht senkrecht zum Blech
• NUGGETIndex und GUNIndex:
  • Kontrolle und Überwachung der Schweißpunktqualität und des Punktdurchmessers, Informationen kommen mit dem Signal "Schweißung beendet"
• Kombiniertes Schweißen:
  • Widerstandpunktschweißen von Al-Al und Stahl-Stahl Blechkombinationen mit der gleichen Ausrüstung im gleichen Zyklus

Beispiele für Aluminiumanwendungen

Beispiel 1: Motorhaubenverstärkung (0,85 mm + 1,2 mm AL5STD)

Beispiel 2: Motorabdeckung (1,0 mm 5754 + 3,0 mm 6111T6)

Beispiel 3: B-Säule

Beispiel 4: Kompletter Boden

Beispiel 5: Kontrolle der Schweißpunkte

Beispiel 6: Nebenschluss (2,5 mm EN AW 5754 PT3)

Beispiel 7: Simulation Blechaufsprünge (2,5 mm EN AW 6111 PT3)

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Beispiele für das Aluminiumschweißen

Weitere Vorteile

• Flexibilität

  2- und 3-Blech Kombinationen verschiedener Aluminiumwerkstoffklassen Gesamtblechdicken von 1,6 mm bis 9 mm können mit einer Zange und einer Kappengeometrie prozesssicher geschweißt werden und zwar

  • unabhängig von der Reihenfolge der Einzelbleche im Blechstapel
  • unabhängig von der Orientierung des Blechstapels in der Zange (d.h. von der Lage des Blechstapels zur Stromrichtung)

  Im Vergleich zu anderen Fügeverfahren folgt daraus für die Anlagenplanung im Karosserie- und Fahrzeugbau, dass deutlich weniger Equipment und Platzbedarf für das Fertigen eines Produktes benötigt wird.

• Hohe Verfügbarkeit

  Hohe Verfügbarkeit des AluSPATZ+ Punktschweißequipments im Vergleich zu mechanischen Fügeverfahren oder Alternativen. Die Verfügbarkeit des AluSPATZ+ beim Widerstandpunktschweißen von Aluminium ist aufgrund der qualitativ hochwertigen Komponenten mindestens gleichzusetzen mit der Verfügbarkeit von Standardpunktschweißanlagen beim Verbinden von Stahlblechen, da kein Zusatzequipment und Zusatzmaterial an der Zange notwendig ist, wie z.B. bei mechanischen Verfahren oder alternativen Widerstandsschweiß-Verfahren für die Zuführung von Verbindern oder Prozessbändern. => Für gleichen Output ist weniger Equipment und Platzbedarf erforderlich.

• Geringe Kosten pro Fügeverbindung

  Die Produktionskosten pro Fügeverbindung sind im hohem Maße nur durch die Kosten für die benötigte elektrische Schweißenergie bestimmt. Diese liegt zum Beispiel beim Schweißen einer 2-Blech Verbindung 3 mm + 2,5 mm bei ca. 30 KWs pro Schweißpunkt. Hinzu kommen noch anteilig umgerechnete Kosten für Elektrodenkappen und Reinigungsscheiben. Bei angenommenen Energiekosten von 0,07 € pro KWh entspricht dies den Energiekosten von 0,0007 € pro Schweißverbindung. Die Standmenge der E-Kappen ist aktuell in der Serie beim Schweißen von 2- und 3-Blechkombinationen > 10.000 Schweißpunkte. Die Standmenge der Reinigungsscheiben liegt aktuell bei > 250.000 Schweißpunkten.

  Beispielrechnung: Kosten für das Herstellen von Fügeverbindungen im Vergleich von Punktschweißen zu Stanznieten am Beispiel eines Modells mit 200.000 Einheiten pro Jahr und 4.000 Aluminium-Fügeverbindungen je Karosserie. Bei angenommenen Energiekosten von 0,07 € pro KWh und angenommenen Materialkosten von 0,025 Euro pro Stanzniete belaufen sich die Kosten für die Herstellung der Verbindungen pro Jahr wie folgt auf:

  • Beim Schweißen: 560.000 €
  • Beim Stanznieten: 20.000.000 €