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Automatisiertes Fügen von Dünnblech Erfahrungen der Eberspächer Gruppe mit dem neuen Schweißprozess microMIG

Mit Lasermesssystemen ermittelt Eberspächer den Verzug der geschweißten Sandwichbauteile.


Die Eberspächer Gruppe agiert weltweit als Zulieferer führender internationaler Automobilhersteller. Im Bereich Abgastechnik dominiert das Verarbeiten dünner Bleche. Beim Fügen ist das robotergestützte Lichtbogenschweißen das bevorzugte Verfahren. Weltweit arbeitet Eberspächer mit rund 1.000 Schweißrobotern; davon nutzen über 95 % die MAG (MetallAktivgas)-Prozesse. „Mit den bekannten modifizierten MAG-Verfahren wie dem KF-Puls von SKS erreichen wir gute Ergebnisse. Die Dicke der zu fügenden Bleche beträgt dazu minimal 1,5 bis 1,0 Millimeter. Jedoch genügen diese Prozesse den Leichtbaubedingungen der Automobilindustrie nicht mehr“, erläutert Diplomingenieur Roman Lauer. Er ist bei Eberspächer als Leiter Fügetechnik verantwortlich für die Auswahl der Schweißprozesse und der dazu erforderlichen Ausstattung.

Roman Lauer, Leiter Fügetechnik Eberspächer, kontrolliert während der Testphase die Ergebnisse des microMIG-Schweißprozesses.

Für eine typische Leichtbau-Abgasanlage dürfen die Blechdicken nur noch zwischen 1,0 und 0,5 mm betragen. Eine moderne Abgasanlage, ob für einen PKW, einen LKW oder ein Sonderfahrzeug, hat praktisch nichts mehr mit einem Auspuff gemein. Sie beginnt am Motor mit dem „hot end“ aus Krümmer und Katalysator beziehungsweise Diesel-Partikelfilter und setzt sich fort mit den „orbital tailored“ Rohren und den eingefügten Kammern. Die Wanddicke der Kammern entsprechend den späteren Lastbedingungen. Das „Cold end“ bilden eine Vielzahl von „tailored strips“ – aus Schalldämpferschalen, rollierten Vor- und Nachschalldämpfern aus dünnwandi-


gem Blech, weiter dünnwandigen Böden sowie Innen- und Zwischenrohren. Bis zu 4 m lang kann das zweirohrige Abgassystem eines neuen, modernen Mittelklasse-PKW sein. In konventioneller Bauart summiert sich das Gewicht seiner Bauteile auf rund 40 kg. Die Leichtbauvariante soll nur noch die Hälfte wiegen. Der Gewichtsanteil der Stahlbleche reduziert sich um bis zu 35 %, wenn die Forderung nach geringerer Blechdicke erfüllt ist. Das Ergebnis sind deutlich geringere Schadstoffemissionen – von der Stahlerzeugung über die Fertigungsschritte zur der Abgaskomponente und vor allem im späteren Fahrbetrieb.

microMIG verbindet austenitische und ferritische Edelstähle von 1,0 bis 0,5 mm Dicke zu LeichtbauAbgasanlagen.

Warum neue Schweißprozesse? Eberspächer verarbeitet für seine Abgassysteme überwiegend austenitische und ferritische Edelstähle 1.4301; 1.4509 und 1.4828. „Ein Schweißprozess, der bei 1,0 Millimetern Blechdicke noch stabil läuft, kann bei 0,5 Millimetern bereits erhebliche Schweißfehler wie Durchbrenner ergeben. Deshalb brauchen wir für Leichtbau-Abgasanlagen ein Schweißverfahren, das die Prozesssicherheit beziehungsweise -fähigkeit unter diesen verschärften Bedingungen gewährleistet“, erklärt Roman Lauer. Gemeinsam mit den Schweißtechnikpartnern von SKS definierten er und seine Kollegen die Anforderungen an den passenden Schweißprozess und seine Ergebnisse. Die wesentliche Rolle spielt ein reduzierter Wärmeeintrag mit einem kontrollierten Einbrand. Der von SKS entwickelte microMIG-Prozess, eine Verfahrensvariante des Lichtbogenschweißens, erfüllt die geforderten Bedingungen.


Ein Schnitt der microMIGgeschweißten Naht zeigt die metallurgisch hervorragende Verbindung der dünnen Bleche.

microMIG arbeitet mit einer pulsierenden Drahtbewegung. Den gewünschten reduzierten Wärmeeintrag sowie den definierten guten Einbrand ergänzt der Vorteil des das nahezu spritzerfreien Schweißens. Im Vergleich zu anderen Verfahren mit pulsierender Drahtförderung kennzeichnet microMIG ein gravierender Unterschied: Statt mit höheren Frequenzen des Drahtpulses erreicht microMIG höhere Abschmelzleistungen mit niedrigeren Frequenzen. Je höher die Abschmelzleistung sein soll, desto länger sind hier die Pulssequenzen. Die geringere pulsierende Drahtbewegung führt zu einer niedrigeren Belastung der Verschleißteile im Brennersystem einschließlich der Antriebe. Höhere Lebensdauer, qualitativ bessere Schweißnähte, ansprechende Nahtoptik, geringer Bauteilverzug und weniger Nacharbeit zählen zu den weiteren Nutzwerten.

Im Vergleich zu anderen Schweißprozessen mit pulsierender Drahtförderung erreicht microMIG höhere Abschmelzleistungen mit niedrigeren Frequenzen.

Die Schweißexperten von Eberspächer testeten den microMIG-Prozess unter Praxisbedingungen ausführlich und produzieren im Anschluss daran seit


2009 Teile für ihre Abgasanlagen. In Tests ermittelten sie Daten unter den Aspekten Leichtbau und Verzug.

Vergleich der Ergebnisse beim 1,0 mmDünnblechschweißen zwischen dem MAGund dem microMIGProzess

Beurteilungskriterien: Leichtbau und Verzug

Den Verzug der geschweißten Sandwichbauteile ermittelt Eberspächer mit Lasermesssystemen. Am fertigen Bauteil liegt der Verzug beim MAG-Schweißen im Vergleich zum microMIG um 35 bis 50 % höher.

Das Fügen bis zu 0,5 mm dünner Stahlbleche gemäß den Leichtbauanforderungen gewährleistet microMIG prozesssicher. Die Parameter kann der Anwender noch differenzierter als bei anderen Prozessen einstellen. Ergebnisse der Untersuchungen an den Leichtbauverbindungen zeigen die Produktfotos und Nahtschnitte der Praxisbauteile. Je dünner die zu schweißenden Bleche sind, desto größer ist das Risiko, dass sich die gefügten Bauteile verziehen. Eine Methode, den Verzug zu


reduzieren ist, bei gleicher Geschwindigkeit die Streckenenergie zu senken. An einem komplexen Sandwichbauteil, dem doppelt isolierten Boden für eine Nutzfahrzeugabgasanlage, untersuchten die Ingenieure von Eberspächer die Bauteilgeometrie vor und nach dem Fügen. Sie ermittelten maximale Maßabweichungen von -0,74 und +0,65 mm beim MAG- bzw. -0,50 und +0,48 mm beim microMIG-Schweißen. Der Verzug beim vorher genutzten MAG-Verfahren lag demnach um 35 bis 50 % höher.

Modularität als Investitionsvorteil „Das Einführen neuer Verfahren ist mit entsprechend hohen Investitionen in neue Anlagen verbunden. Das konnten wir uns bei SKS weitgehend ersparen. Der Wechsel vom KF-Puls zu microMIG bedeutete hardwaremäßig lediglich den Austausch des Power Joint-Brennersystems gegen das Frontpull-System“, erklärt Roman Lauer.

Dank des modularen Konzeptes von SKS tauscht der Anwender beim Wechsel vom KF-Puls- zum microMIG-Prozess lediglich das Brennersystem aus.

SKS setzt auf einen konsequenten modularen Aufbau seiner Schweißsysteme. Stromquelle, Schweißsteuerung, Roboter-Interface und Drahtvorschub ergeben, kombiniert mit dem prozessspezifischen Brennersystem, das komplette Schweißsystem. Stromquelle und Schweißsteuerung stehen in wenigen unterschiedlichen modifizierten Größen zur Wahl; z.B. Strom-


quellen in zwei Leistungsgrößen und Steuerungen für ein oder vier Stromquellen, mit unterschiedlichen Programmspeichern und Vernetzungen. Die Schnittstellen für die Roboter unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Roboterhersteller. Auswahlkriterien für die Brennersysteme sind partielle oder endlose Drehbarkeit, integrierter Kollisionsschutz, Kompatibilität zu Hohlwellenrobotern, integrierter Drahtvorschub und Ein- oder Zweidrahtausführung. So kann der Anwender erforderlichenfalls auch nachträglich – wie bei Eberspächer – vom Brenner ohne Drahtvorschub auf einen mit integriertem Drahtvorschub wechseln. Wenn für ältere Systeme eine neue Software gebraucht wird, stellt sie SKS kostenfrei zur Verfügung – und bei Bedarf auch neue Kennlinien

Fazit: „microMIG als die schweißtechnische Lösung für Leichtbau-Abgasanlagen überzeugt uns in der täglichen Praxis. Weil wir lediglich das Brennersystem austauschen, halten sich die Investitionen in überschaubaren Grenzen“, fasst Schweißtechnologe Lauer die Ist-Situation zusammen. Bei der Realisierung seiner Wünsche für die Zukunft haben die Schweißentwickler von SKS bereits Fortschritte vorzuweisen: eine neue Verfahrensvariante für noch differenziertere Parametereinstellungen mit einem größeren Prozessfenster und ein kompakteres Brennersystem mit besserer Zugänglichkeit, speziell für moderne Hohlwellenroboter.

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