Mit dem wärmereduzierten CP-(Cold-Process)-Schweißen von Cloos fügt der Automobil-Zulieferer PWS hochtemperaturbeständige Auspuff-Teile aus Edelstahl. Der Prozess ist schnell und wirtschaftlich, die Ergebnisse technisch wie optisch einwandfrei.
Wer Auspuff-Teile für international tätige Automobil-Hersteller wettbewerbsfähig in Deutschland herstellen will, muss sich schon einiges einfallen lassen. Das weiß auch Michael Jud, technischer Geschäftsführer der PWS Presswerk Struthütten GmbH, Neunkirchen: „Wir haben uns spezialisiert auf die heiße Seite von Abgasanlagen. Hier müssen die Krümmerteile bis zu 900 Grad heiße Abgase über Jahre hinweg problemlos aushalten.“ Dieses Anforderungsprofil lässt sich nur erfüllen mit hochwertigen Werkstoffen, einer optimierten Konstruktion und der entsprechenden Fertigungstechnik. Die Siegerländer verwenden daher für die „heiße Ware“ ausschließlich Edelstahlbleche.
„Um dem Kostendruck der Automobilhersteller begegnen zu können, haben wir zunächst die Teile so modifiziert, dass sie nicht mit der teuren Hydroform-Technik, sondern als Stanzteil gefertigt werden können“, berichtet Jud. Damit wuchsen jedoch die Anforderungen an den nachfolgenden Schweißprozess so deutlich, dass PWS mit den herkömmlichen Verfahren nicht auf die geforderte Qualität und den gewünschten Fertigungsdurchsatz kam. „Die 3D-Stanzteile in Blechdicken um einen Millimeter besitzen naturgemäß sehr unterschiedliche Spaltmaße“, erläutert Jud. „Außerdem fordern die Autohersteller spritzerfreie Bauteile, weil sich Spritzer unter den extremen thermischen Bedingungen im Auspuff lösen und beispielsweise Katalysatoren zerstören können.“
Nachdem die Verfahren verschiedener Hersteller nicht die gewünschten Ergebnisse brachten, entschied sich PWS für das neue CP-(Cold-Process)-Schweißen der Carl Cloos Schweißtechnik GmbH, Haiger. Binnen 14 Tagen wurde das Verfahren an die Kundenanforderungen angepasst. „Hier zahlt es sich aus, bei komplexen Prozessen seine Systempartner in greifbarer Nähe zu haben, um Dinge kurzfristig optimieren zu können“, betont Gundolf Braun, kaufmännischer Geschäftsführer von PWS. Klar, auch die Kompetenz des Servicepartners spiele eine große Rolle: „Hier werden wir von der Cloos-Werksvertretung Lixfeld in Siegen bestens betreut.“
Während herkömmliche Impulsschweißverfahren unipolar arbeiten, nutzt der Cold Process von Cloos wechselnde Polaritäten. Dadurch lässt sich der relative Energieeintrag in Drahtelektrode und Werkstück steuern. So wird deutlich weniger Wärme in die Schweißnaht damit in das Teil selbst eingebracht. Dies minimiert den Verzug sowie das Problem der Rissbildung und damit – etwa bei Abgasanlagen-Komponenten im Auto – Reklamationen. „Da die CP-Nähte nahezu spritzerfrei sind, reduziert sich auch die Nacharbeit erheblich“, hebt Braun hervor.
Ob hochfester Stahl, Aluminium oder Dünnblech aus Edelstahl – der Cold Process fügt Werkstoffe bis etwa 3,5 mm Dicke. In der Pulsphase kommt es zu einer spritzerarmen bis -freien Materialablösung vom Schweißdraht. In der negativen Phase umgreift der Lichtbogen das Drahtende. Dabei wird die Wärme in den Draht geleitet, und das Schmelzbad kühlt ab. Durch die geringere Wärmeenergie des Kaltschweiß-Prozesses verringert sich der Einbrand, was bei Edelstahl die Bildung von Anlauffarben deutlich reduziert. Auch bei beschichteten Blechen bleibt so die Oberfläche weitgehend intakt.
„Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die größere Spaltüberbrückbarkeit, die ein Verschweißen unserer Stanzteile erst möglich macht“, erläutert Tim Oppermann, bei PWS zuständig für die Schweißtechnik. Beim Rundgang durch die Produktion zeigt sich, wovon er spricht: Die beiden gestanzten und gezogenen T-Halbschalen weisen im zusammengesteckten Zustand Spaltmaße auf, die teilweise um mehr als 2 mm abweichen. „Mit dem CP ist das kein Problem“, versichert Oppermann.
Gleichzeitig ermöglicht der Cold Process deutlich höhere Schweißgeschwindigkeiten, was die Taktzeiten in der Fertigung verkürzt. Gut 15 000 Krümmer-Komponenten fertigt PWS derzeit monatlich. Die Schweißgeschwindigkeiten liegen bei 2,2 m/min. „Und dies trotz der Komplexität der Teile mit ihren kurvenreichen Nähten und engen Radien“, merkt Oppermann an. Unter bestimmten Umständen seien sogar doppelt so hohe Geschwindigkeiten möglich.
Der Bediener hat so alle Hände voll zu tun an der kompakten Roboter-Fertigungszelle Z2 von Cloos mit ihren beiden festen Arbeitstischen. Während er an einem Tisch ein fertig geschweißtes Teil entnimmt und die Vorrichtung mit zwei neuen Halbschalen bestückt, schweißt der Roboter am zweiten Arbeitsplatz bereits wieder.
„Mit dieser Fertigungszelle können wir sehr flexibel auf die Anfragen und Seriengrößen unserer Kunden reagieren“, sagt Michael Jud. Die Z2 enthält dazu auf einer Grundfläche von 3,90 m x 2,25 m alle erforderlichen Komponenten wie einen Roboter des Typs Romat 320 mit wassergekühlter Schweißausrüstung, Duo-Drive-Drahtantrieb und Brennerreinigung. Auf dem Grundrahmen sind auch der Steuerschrank und die Impulsstromquelle Quinto CP untergebracht. Die Zelle verfügt über eine Schutzumhausung mit integrierter Sicherheitstechnik. Mit Hilfe der benutzerfreundlichen Bedienoberfläche der herstellereigenen Steuerung des Typs Rotrol und der abgestimmten Kennlinien der Impulsstromquelle lässt sich das System rasch auf andere Bauteile umrüsten.
Dipl.-Ing. Walter Lutz Freier Fachjournalist in Haiger
Spaltbreiten von über 2 mm sind kein Problem
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