TIME realisiert automatisiertes Schweißkonzept

TIME realisiert automatisiertes Schweißkonzept

TIME realisiert automatisiertes Schweißkonzept

Längere Werkzeuglaufzeiten, weniger Rüstzeiten, mehr Qualität

TIME realisiert automatisiertes Schweißkonzept für Automobilzulieferer

WISSEN/PLETTENBERG (wl) – Die Werkzeuge der SEISSENSCHMIDT GmbH unterliegen großen mechanischen Belastungen. Denn mit ihnen werden z.B. Rundstähle bis 85 mm Durchmesser abgelängt – und das für rund 153 Millionen Schmiedekomponenten im Jahr. In Zusammenarbeit mit dem Technologie-Institut für Metall & Engineering – kurz TIME – konnte der Prozess des Auftragschweißen so optimiert werden, dass die Werkzeuge heute länger halten, was die längere Maschinenlaufzeiten bringt und die Qualität verbessert.

 

Der Automobilzulieferer LINAMAR SEISSENSCHMIDT Forging mit über 1200 Mitarbeitern zählt zu den Marktführern in der Entwicklung und Herstellung von Präzisionskomponenten für die Antriebs- und Fahrwerktechnik moderner Automobile. Das Unternehmen fertigt Motorteile, Getriebeteile, Achsteile und alle Komponenten rund um den Antriebsstrang. Im Bereich der Warmumformung werden Teile in kleinen und mittleren Losgrößen sowie Bauteile mit besonderen Ansprüchen an die Geometrie hergestellt. Diese präzisen Schmiedeteile mit Stückgewichten bis 6,5 kg haben Durchmesser bis zu 180 mm.
Vor dem Schmiedeprozess muss das geglühte Stangenmaterial entsprechend abgelängt werden. Dazu werden Rund- und Halbrundmesser eingesetzt, die einem hohen Verschleiß unterliegen. Nach durchschnittlich 40.000 Schervorgängen wurden diese Warmschermesser manuell auftraggeschweißt, mechanisch bearbeitet und wieder eingesetzt – mehrere tausend Stück pro Jahr. Bis dato bestimmte ein manueller WIG-Prozess mit 5 mm Draht dieses Auftragschweißen. Unregelmäßigkeiten in den Folgeprozessen waren ebenso die Folge wie große Schwankungen der Werkzeugstandzeiten.
Im Rahmen der Förderung des Moduls „go-effizient“ der deutschen Materialeffizienz-Agentur (DEMEA) wurde die TIME als autorisierter Berater beauftragt, um die Rohstoff- und Materialeffizienz und letztendlich die Produktivität des Prozesses zu steigern.
Begleitet wurde das Projekt von der Effizienz-Agentur NRW (efa+), dem Kompetenzzentrum für Ressourceneffizienz in NRW und deren Effizienz-Experten Ekkehard Wiechel.
Karsten Bartsch, Leiter Technologie bei der SEISSENSCHMIDT GmbH: „Es war für uns wichtig, einen geeigneten Partner für dieses umfassende Projekt zur Ressourceneffizienz an unserer Seite zu haben.“ Daher fiel die Wahl auf TIME.

Materialien und Prozesse unter der Lupe

„Unsere Aufgabestellung war, einen besseren, automatisierten Prozess zu finden, um die Fertigung zu optimieren und die Qualität zu steigern“, erklärt TIME-Geschäftsführer Dr. Ralf Polzin. Eine Standzeiterhöhung von 15% würde bereits zu einem hohen Einsparpotenzial bei Schweißzusatzstoffen und Schutzgas bringen. Auch die Stillstandzeiten der Anlagen zur Warmumformung würden sich deutlich reduzieren. „Wir hatten außerdem errechnet, dass der Bedarf an Werkzeugstahl halbiert würde“, nennt TIME-Projektleiter Andreas Brobeck den enormen Einspareffekt.

 

Um der Sache auf den Grund zu gehen, untersuchten die TIME-Experten die verwendeten Messerwerkzeuge unter metallurgischen Aspekten. Schliffbilder zeigten Risse und Poren, die zur Verkürzung der Standzeiten führten. Auf der Verfahrensseite analysierte TIME verschiedene Schweißmethoden. „Die Abschätzung geeigneter Prozessparameter und des Wärmeeintrages war bei der Untersuchung des Prozesses wesentlich“, erinnert sich Katarzyna Giantsios, die als TIME-Schweißfachingenieurin ebenfalls an dem Projekt beteiligt war. Die Bestimmung des Wärmeeintrages war erforderlich, um eine richtige Temperierung des Grundmaterials im Schweißprozess zu erreichen. Neben Verfahrensverbesserungen umfasste die Maßnahmenanalyse die Untersuchung von Alternativverfahren, der Automatisierung, der Reproduzierbarkeit sowie der Einsparpotentiale und der Kosten. Untersucht wurden dabei auch die Positionierung der Bauteile beim Auftragschweißen sowie die Nahtlage.

Brennerstellung zeigte starke Auswirkungen

„Die eingesetzten Schutzgase haben wir hinsichtlich ihres Einflusses auf die Rußbildung während des Schweißprozesses, die Nahtgeometrie sowie die Oberflächenbeschaffenheit der Auftragung untersucht“, sagt Katarzyna Giantsios. Das beste Ergebnis ergab sich bei 97,5% Argon (Ar); 2,5% Kohlenstoffdioxid (CO2). Auch analysierten die TIME-Experten verschiedene Schweißzusatzstoffe und entschieden sich schließlich für eine Kobaltbasislegierung.

Das zunächst angedachte Laserschweißen entpuppte sich als zu teuer. Also favorisierte TIME einen modernen MIG-Prozess in Kombination mit einem Roboter. „Für die Untersuchung haben wir eine Werkstückgeometrie ausgewählt, die die höchsten Ansprüche an die Zugänglichkeit sowie Wärmebelastung aufweist“, erinnert sich die TIME-Schweißfachingenieurin. Die Versuche wurden immer ein- und zweilagig ausgeführt und bewertet. Eine besondere Herausforderung waren dabei die Brennerstellung und die Drahtvorschubgeschwindigkeit, weil sie starken Einfluss auf die Rußbildung, die Rauheit und die Schuppung der Nahtoberfläche haben.

 

Investition rechnet sich in unter zwei Jahren

Die Anlagentechnik diskutierte TIME mit verschiedenen Herstellern. Fazit: Die Aufgabe kann mit einem 6-Achsen Knickarmroboter, einem Werkstückpositionierer sowie einer korrespondierenden Schweißanlage erfüllt werden. Die Bestückung der Anlage und die Entnahme der sehr unterschiedlichen zu schweißenden Werkzeuge sollte manuell erfolgen. Die notwendige Peripherie wie Sicherheitseinrichtungen (Scanner oder Zäune), eine Absauganlage, Druckluft, eine automatische Brennerreinigung sowie die individuelle Lösung der Werkzeugspannung führten schließlich zu einer Investitionssumme von 120.000 Euro. „Rechnet man aber die Einsparpotenziale für Energie, Materialien, Rüstzeiten und weniger Nacharbeit dagegen, amortisiert sich der Schweißroboter in ein bis zwei Jahren“, verdeutlicht Dr. Polzin die Auswirkungen der TIME-Arbeit. In der Praxis halbieren sich beispielsweise die Aufwendungen für Strombedarf, Schweißzusatzmaterial und die mechanische Nachbearbeitung. Um 30% werden die Nachrüstzeiten in der Fertigung reduziert. Unter dem Strich ergeben sich jährliche Einsparmöglichkeiten im sechsstelligen Bereich. „Damit können wir schon frühzeitig im Prozess an Kosteneinsparungen arbeiten, die von unseren Kunden immer wieder gefordert werden, um somit den Standort Deutschland auch langfristig attraktiv zu gestalten“, freut sich Karsten Bartsch von SEISSENSCHMIDT. Und für die Umwelt wird auch etwas getan: Die neue Schweissanlage wird den CO2-Ausstoß um 340.000 kg im Jahr reduzieren.