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Friday, September 18, 2020, Virtueller Raum 2 2:45 PM Moderne Fügetechnik - Hochleistungsschweißverfahren |
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Laserstrahl-MSG-Hybrid-Schweißen - Technologischer Vorsprung und Ressourceneinsparung am Beispiel einer Trailer-Achse |
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Heinrich Picker* / BPW Bergische Achsen KG, Deutschland Katarzyna Grahner / Technologie-Institut für Metall und Engineering (TIME), Rheinland Pfalz Dr.-Ing. Django Baunack/ Universität Kassel, Deutschland |
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Abstract. Entwickelt wurde ein neuartiges und zum Patent angemeldetes Schweiß-verfahren mit dem es möglich ist, Trailer-Achsen sowohl material- und energieeffizient als auch mit deutlicher reduzierter Taktzeit herzustellen. 1 Ermittlung energetisch, technologisch und ökonomisch geeigneter Verfahrensalternativen zum Abbrennstumpfschweißen Das wichtigste Merkmal einer Starrachse ist die Verbindung beider Achsseiten durch einen einteiligen Achskörper. Der Achskörper besteht aus dem Achsrohr und den zwei angeschweißten Achsschenkeln. Aber was ist das energetisch, technologisch und ökonomisch am besten geeignete Schweißverfahren? Dieser Fragestellung haben sich TIME und BPW gemeinsam gewidmet. 1.1 Aufgabenstellung Die Achsen bauen derzeit auf einem Vierkantrohr auf. Diese Fertigung soll auf eine neue Achsengeneration, die auf einem Rundrohr basiert, umgestellt werden. Für das Schweißen der derzeitigen Achsgeneration kommt das Abbrennstumpfschweißen zur Anwendung. Die Umstellung auf runde Rohre ermöglicht den Wechsel auf andere Schweißverfahren. Wichtig bei einem Wechsel des Fügeverfahrens ist, dass die derzei-tigen Qualitätskriterien bzgl. Belastbarkeit und Taktzeit der Fertigung beibehalten oder verbessert werden. Daher sollten geeignet erscheinende Schweißverfahrensalter-nativen zum derzeitigen Abbrennstumpfschweißen energetisch, technologisch und ökonomisch bzgl. ihre Eignung zum Verschweißen der Rundrohre mit den Achsschenkeln hin analysiert und bewertet werden. 1.2 Umsetzung Zu Beginn wurde der IST-Stand aufgenommen. Dies beinhaltete sowohl die Erfassung des Energieverbrauchs an den bei BPW vorhandenen Abbrennstumpfschweiß-maschinen als auch die Erfassung der Fertigungsschritte der Prozesskette von der Anlieferung der Vierkanthohlprofile bis zur Einschleusung der geschweißten Achsen-rohre in die Montage sowie der Energieverbräuche der einzelnen Fertigungsschritte. In einem zweiten Arbeitsschritt wurden alternative Verfahren für das Verschweißen der Rundrohre mit den Achsschenkeln für die geplante neue Achsgeneration gesucht, analysiert und bewertet. Die Bewertung umfasste dabei u.a. die Erfassung der erforderlichen Toleranzgrenzen der Fügepartner, den Fertigungsaufwand, den Energiebe-darf, ggfs. den Materialverlust, die zu erwartenden mechanisch-technologischen Kennwerte, die Erfassung der vor- bzw. nachgelagerten Prozesskette, eine Abschätzung der Taktzeit und die Prozesssicherheit im Sinne der Zuverlässigkeit. 1.3 Ergebnis Aus drei Schweißverfahren, die in eine engere und eingehendere Untersuchung ihrer Eignung gelangt waren, wurde das Laser-Hybrid-Schweißen als möglicherweise am besten geeignet extrahiert. Daraufhin wurden Testschweißungen durchgeführt. Die ersten Versuche entsprachen den Erwartungen, weshalb weitere Versuche durchgeführt wurden. Bei diesen wurden die Schweißparameter so gewählt, dass die während der zweiten 180° der Schweißung eingebrachte Laserstrahlung auf der Innenseiten der ersten 180° der Schweißung zu einer Glättung der Schweißnahtwurzel führt. Die Glät-tung der Schweißnahtwurzel führte bei den durchgeführten Dauerschwingfestigkeitsversuchen zu einer weiteren Verbesserung der Belastbarkeit der Trailerachse. Das Verfahren wurde zum Patent angemeldet. Somit wurde ein neues, zum Patent angemeldetes Fertigungsverfahren entwickelt, ein Alleinstellungsmerkmal erarbeitet und zudem deutliche Einsparungen bei Material- und Energieeffizienz erzielt. Darüber hinaus konnte die Fertigungszeit für das Schweißen mehr als halbiert werden. |