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ipms0214Forschungsbericht

Zwei Jahre lang haben drei Forschungseinrichtungen und vier Industrieunternehmen im Rahmen des Europäischen Verbundforschungsprojektes ‚Smart Dress‘ an der Entwicklung eines voll automatischen Systems zur Überwachung, Optimierung und Nachbearbeitung von Elektrodenspitzen für Widerstandspunktschweißen in der Automobilindustrie gearbeitet. Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden steuerte dabei das optische Messsystem bei, mit dem die Abnutzung der Schweißelektroden schnell und exakt ermittelt werden kann.


Dieses Wissen hilft, die Qualität der Schweißverbindungen abzusichern, Standzeiten der Elektrodenspitzen zu erhöhen und so das Punktschweißen auch für anspruchsvolle Werkstoffe wie Aluminium wirtschaftlich nutzen zu können. Ein durchschnittliches Familienauto wird heute von ca. 5000 Schweißpunkten zusammengehalten. Das hierfür eingesetzte Verfahren, das Widerstandpunktschweißen, ist seit Jahren unangefochten die Nr. 1 der Verbindungstechniken, um Stahlbleche in der Automobilindustrie, im Karosserie- und Fahrzeugbau und allgemein in der blechverarbeitenden Fertigung langfristig zu verfügen.

Abnutzung der Schweißelektrode

Ein wesentlicher Qualitätsaspekt wird bislang jedoch nicht systematisch erfasst, der Verschleiß der Schweißelektrode: Bei zunehmender Anzahl von Schweißvorgängen wird die Elektrode abgenutzt, wodurch sich der Querschnitt der Kontaktflächen durch thermische und mechanische Einflüsse vergrößert. Dadurch wird der Schweißpunkt immer größer und die Aufschmelzzone zwischen den Blechen ungleichmäßig, bis hin zu nicht mehr haltend. Dies wird dadurch verhindert, daß die Elektrodenspitzen regelmäßig gefräst bzw. nachbearbeitet werden, um den ursprünglichen Querschnitt zu erhalten.

Bei verzinkten Stählen ist der Verschleiß mäßig und kann auf Basis von Erfahrungswerten korrigiert werden. Jedoch tritt bei dem Verfügen von Aluminiumteilen eine derart starke Abnutzung auf, dass die meisten Karosseriebauer das Alupunktschweißen für gänzlich ungeeignet halten. Bei einigen Baugruppen sind die Elektroden vor Beendigung eines Teiles schon verschlissen. Die Intervalle, in denen die Elektrodenspitzen nachbearbeitet werden, richten sich bisher in der Regel nach Erfahrungswerten. Die Konsequenz dieser Praxis: Vermeidbare Stillstandzeiten der Produktionslinien während der Wartungsintervalle, unnötiger Verbrauch der Kupferelektroden sowie zeit- und materialintensives Optimieren der Wartungsintervalle in der Einrichtungsphase neuer Produktionslinien.

Erfasst beide Schweißelektroden gelichzeitig

Herzstück des vollautomatischen Systems zur Regelung der Wartung von Elektrodenspitzen beim Widerstandpunktschweißen ist ein optischer Sensor, der den Zustand der Schweißelektrode erfasst und daraus Zeitpunkt und Ausmaß der erforderlichen Reinigung beziehungsweise mechanischen Nachbearbeitung berechnet. Das System erfasst beide Schweißelektroden gleichzeitig aus verschiedenen Perspektiven. Dazu wird eine durch Opalglas erzeugte diffuse monochrome LED-Beleuchtung genutzt. Das Licht wird über eine Spiegelanordnung und Strahlteiler zur Elektrode und von dort wieder zurück zum Fotodetektor geleitet. Beleuchtung und Bildaufnahme nutzen so dieselben optischen Komponenten. Der erste Prototyp basiert auf einem passiven Kamerasystem, das über eine USB-Schnittstelle von einem externen Computer gesteuert wird. Später soll die Steuerung in das Sensorsystem integriert werden. Erste Tests unter realen Produktionsbedingungen sind bereits im laufenden Jahr geplant.
weiterer Beitrag des Herstellers
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Do Dez 14 @08:00 Antriebstechnik Frequenzumrichter – Advanced Workshop Veranstalter: Mitsubishi Electric