Schweißprozesse sind für die Produktion vieler Komponenten im Automobilbau unverzichtbar. Insgesamt nimmt die Bedeutung des Verfahrens sogar noch zu, weil sich zum Beispiel bei Pkw-Getrieberädern viele Schrauben durch Schweißverbindungen ersetzen lassen. In der Folge sinken das Gewicht und die Materialkosten des Bauteils. Eine wichtige Rolle bei vielen dieser Schweißprozesse spielt das Vorwärmen. Es verhindert eine Aufhärtung des Werkstoffgefüges in der sogenannten Wärmeeinflusszone – der Bereich direkt neben der Schweißnaht. Auf diese Weise wird die Gefahr einer Rissbildung am Bauteil nach dem Schweißen weitestgehend gebannt. Allerdings stellt das Bearbeitungstempo in der modernen Automobilproduktion eine besondere Herausforderung für Erwärmungsprozesse dar: In wenigen Sekunden muss das Bauteil im Rahmen eines automatisierten Prozesses eine genau definierte Temperatur erreichen. Für genau diese Anforderung ist die induktive Erwärmung von eldec ideal geeignet: Das EMAG Unternehmen entwickelt ganzheitliche Lösungen rund um das innovative Erfahren. Die dazugehörigen Generatoren und Induktoren werden passgenau auf das Bauteil zugeschnitten. Versuche am Bauteil bilden eine wichtige Basis. Am Ende steht eine robuste und energieeffiziente Lösung, die sich einfach in die Produktionslinie einfügen lässt.
Große Stückzahlen im Sekundentakt und ohne jeden Bearbeitungsfehler produzieren – die zentralen Anforderungen im Automobilbau sind gerade für das Schweißen von Massenbauteilen eine extreme Herausforderung. Um die geforderte Prozesssicherheit und Effizienz garantieren zu können, ist das Verfahren in einen Gesamtprozess eingebunden, der häufig von Prüf- und Waschprozessen über eine Bürstbearbeitung bis zu Ultraschallprüfungen der Schweißnaht reicht.
Unmittelbar vor dem eigentlichen Schweißprozess spielt das punktgenaue Erwärmen des Bauteils eine entscheidende Rolle, wie Dr. Dirk Schlesselmann, stellvertretender Bereichsleiter F&E Anwendungstechnik bei eldec erklärt. „Das Getrieberad oder der Kolben muss punktgenau und mit hohem Tempo auf die benötigte Bearbeitungstemperatur von rund 160 bis 180 Grad Celcius gebracht werden. Dabei darf es natürlich nicht zu einer Überhitzung am Bauteil kommen, die mit einer Härtereduktion, einer Oxidation oder einem unzulässigen Verzug einhergehen kann. Unter diesen Bedingungen stellt die induktive Erwärmung das ideale Verfahren dar, denn es ist schnell, präzise und lässt sich exakt dosieren.“
Wartungsfreie und effiziente Technologie
Über herausragendes Know-how rund um induktive Erwärmungsprozesse, die in übergeordnete Schweißsysteme eingebunden werden, verfügen die Spezialisten von eldec seit Jahrzehnten. Am Standort in Dornstetten entstehen sowohl die benötigten Generatoren als auch die Induktoren – beides im Rahmen von effizienten Manufakturprozessen. Dabei punkten die Generatoren mit einer sehr fortschrittlichen Leistungselektronik und Steuerungstechnik. Das macht es einfach, sie in Maschinen zu integrieren bzw. sie passgenau zu konfigurieren. Zudem ist die Technik sehr zuverlässig. „Wir konstruieren praktisch wartungsfreie Umrichter, die völlig unauffällig und zuverlässig in der Maschine ihren Dienst verrichten“, fasst Dr. Schlesselmann zusammen.
Auf der anderen Seite bringen die Spezialisten ein großes Erfahrungswissen rund um die Entwicklung der Induktoren in den Prozess mit ein – auf Wunsch unterstützen sie die Kunden hier bereits in einer Frühphase. Es erfolgen experimentelle Untersuchungen mit Versuchsinduktoren und -generatoren. Mithilfe von Thermografie-Bildern wird beispielsweise überprüft, ob wirklich nur die gewünschten Bereiche des Bauteils erwärmt werden.
Seit Neuestem kommen zudem nummerische Berechnungen zum Einsatz, um die Wirkung eines elektromagnetischen Feldes im Bauteil präzise bestimmen zu können. „Wir schauen gewissermaßen in das Bauteil hinein“, erklärt Dr. Schlesselmann, „und passen in der Folge die Geometrie des Induktors sowie die Leistungsklasse des Generators perfekt an die Erwärmungsaufgabe an.“ Die Spezialisten von eldec bieten Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Generatoren von 1,5 bis 1.500 kW sowie DF- und SDF-Generatoren von 50 bis 3.000 kW an. Zudem gibt es Geräte mit zwei bis acht Ausgängen, deren Leistung unabhängig voneinander oder gleichzeitig geregelt wird. Das ist ein großer Vorteil, wenn für die Erwärmung mehrere Induktoren benötigt werden. Sie lassen sich dann mit nur einem Generator versorgen.
Alles aus dem Prozess herausholen
Insgesamt können die Induktionsspezialisten auf eine ganze Reihe von Erfolgen im Bereich des Schweißens verweisen – zum Teil mit besonderen Leistungskennzahlen. Aktuelle Forderungen für die Taktzeit gehen bereits in Richtung fünf Sekunden. „Wir versuchen mit den genannten Methoden alles herauszuholen, was im Prozess steckt“. stellt Dr. Schlesselmann heraus. „Anschließend kann es natürlich auch sein, dass man die Erwärmung auf zwei Takte ausdehnen muss.
Unsere Stärke liegt aber gerade darin, dies herauszufinden und den Prozess so zu designen, das er möglichst schlank ist.“ Anschließend profitiert der Kunde in jedem Fall von einer rasanten Bearbeitungszeit mit höheren Heizraten. Außerdem wird nur ein kleines Bauteilvolumen erwärmt. Das sind im Übrigen auch die entscheidenden Vorteile im Vergleich zu Konkurrenzverfahren wie dem Uniform Magnetic Heating.
„Vor diesem Hintergrund rechnen wir uns große Marktchancen als Zulieferer von Maschinenbauern und anderen Entwicklern von Schweiß-Produktionsprozessen aus“, erklärt Dr. Schlesselmann abschließend. „Die Kunden bekommen eine Technologie, die schneller und effizienter als andere Lösungen die Erwärmung des Bauteils sicherstellt. Außerdem verringern wir den Gesamtaufwand im F&E-Bereich des Kundens, weil wir den Erwärmungsprozess auf Wunsch komplett alleine konfigurieren. Diese Vorteile setzen sich im Markt durch.“
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