Neuartiges Punktschweißen ermöglicht leichtere Schienenfahrzeuge

Schweißen für die Umwelt Neuartiges Punktschweißen ermöglicht leichtere Schienenfahrzeuge

05.03.2020Autor / Redakteur: Christian Mannigel / Peter Königsreuther

Mit der Entwicklung des sogenannten einseitigen Punktschweißens hat ein Schweißtechnikspezialist eine Fügealternative geschaffen, die beim Bau von Schienenfahrzeugen für einen entscheidenden Durchbruch sorgen kann.

Firmen zum Thema

NIMAK GmbH

KOHLER Maschinenbau GmbH

VdLB Verband deutscher Laseranwender - Blechbearbeitung e.V.

Blick in die Fertigung von Waggonbau Niesky. Auch im Schienenfahrzeugbau spielen Profilkonstruktionen und Rohrstrukturen eine zunehmend wichtige Rolle. Hier eröffnet das einseitige Punktschweißen neue Möglichkeiten.
(Bild: A. Schulze)

Der erwähnte Schweißtechnikspezialist ist die Nimak GmbH aus Wissen, außerdem bekannt als führender Anbieter von Widerstandsschweißsystemen sowie für seine Roboter- und Handschweißzangen. Tobias Broda, bis Ende des vergangenen Jahres Fachbereichsleiter Pressschweißen in der Abteilung Forschung und Entwicklung der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Halle, zur gemeinsamen Entwicklung mit Nimak: „Diese Innovation ermöglicht ab sofort Konstruktionsweisen, die vorher nicht denkbar waren. Vor allem bei der Verbindungstechnik im Schienenfahrzeugbau kann das neue Verfahren ohne Einschränkungen als technischer Durchbruch bezeichnet werden.“

Punktschweißen der besonderen Art

Genauer gesagt: In Kooperation mit Nimak ist es Broda und seinem Team gelungen, ein einseitiges Punktschweißsystem mit thermoexpansionsbasierter Prozessregelung zu entwickeln. Die Idee zu diesem durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekt basiert auf der ebenfalls von Nimak entwickelten „magneticdrive“-Technologie. Bei der durch den Einsatz eines mikroprozessorgesteuerten Elektromagneten nicht nur die Stromstärke, sondern auch die Kraft und der Kraftverlauf während des Pressschweißens gesteuert werden können. So lassen sich ein sehr präziser und sanfter Kraftaufbau sowie individuelle Kraftprofile ausführen, was zu extrem kurzen Fügeprozessen innerhalb von 10 bis 20 ms führt. Das blitzschnelle Regeln des „magneticdrive“ garantiert, dass alles stets mit der programmierten Sollkraft abläuft, fasst Nimak zusammen.

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Der von Nimak völlig neu entwickelte Doppelpunkter mit zwei Elektroden, die gleichzeitig von einer Seite auf das Blech drücken, erlaubt auch das Fügen an Stellen, die nur von einer Seite aus zugänglich sind.

Die Abschälprüfung belegt die Qualität der von Nimak entwickelten einseitigen Punktschweißung: Deren Festigkeit liegt über der Grundfestigkeit des Werkstoffs. Und der ermittelte Punktdurchmesser der Fügeverbindung übertrifft die Grundanforderungen im Schienenfahrzeugbau.

Tobias Broda, bis Ende des vergangenen Jahres Fachbereichsleiter Pressschweißen bei der SLV Halle, an der Versuchsanlage. Gemeinsam mit Nimak hat er das einseitige Punktschweißsystem mit thermoexpansionsbasierter Prozessregelung entwickelt.

Übliche Schweißverfahren stoßen an Grenzen

Besonders in Branchen, für die der Leichtbau zählt, bietet das aus der Entwicklungsarbeit hervorgegangene einseitige Punktschweißen völlig neue Möglichkeiten. Dazu zählt auch der Schienenfahrzeugbau – die Kernkompetenz der SLV Halle – wo Profilkonstruktionen und auch Rohrstrukturen jetzt erheblich Gewicht sparen helfen. Denn das bisher übliche zweiseitige Widerstandspunktschweißen stößt dabei zunehmend an seine Grenzen, weil die Fügestellen durch die bauliche Geometrie nicht erreichbar sind.

Grundsätzlich ist das Widerstandsschweißen im Leichtbau sehr interessant, weil es nach wie vor die wirtschaftlichste Verbindungstechnik ist und auch noch schnell. Im Projekt galt es deshalb, einen adäquaten, reproduzierbar anwendbaren Schweißprozess zu entwickeln, der auch noch dem anspruchsvollen Werkstoff Aluminium gerecht wird.

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