Versuchsstand zum Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung
Aufgabenstellung
- Einsatz von Leichtmetallen (z. B. Aluminiumlegierungen) stellt wegen des hohen Elektrodenverschleißes eine Herausforderung für das Widerstandspunktschweißen dar (sinkende Prozesssicherheit nach wenigen Schweißpunkten infolge der hohen Erwärmung an der Oxidschicht des Aluminiums) -> Widerstandspunktschweiß-verfahren mit Bewegungsüberlagerung vor/während des Schweißprozesses zum Aufbrechen der Oxidschicht des Aluminiums und damit Erhöhung der Standmenge der Elektrodenkappen und Steigerung der Prozesssicherheit
- grundlegende vergleichende Untersuchung des Widerstandspunktschweißens mit reibungsfreier, reibungsbehafteter und kombinierter Relativbewegung zwischen Elektrode und Blech im Vergleich zum herkömmlichen Widerstandspunktschweißen
- Bereitstellung eines Versuchsstands zur experimentellen Untersuchung des neuartigen Prozesses
- Entwicklung von Modellierungsstrategien für bewegungsüberlagerte Widerstandspunktschweißprozesse (Finite-Elemente-Modellierung und Netzwerkmodellierung) und Abgleich der simulierten Schweißprozesse mit dem Experiment
![_DSC6812_web](https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/imd/lwm/ressourcen/bilder/forschung/forschung_ab_2016/DSC6812_web.png/@@images/190aa897-c703-432a-b811-2c2ffacb791c.png)
Schweißversuchsstand mit Schaltschrank (links im Bild) und Kühlaggregat (rechts im Bild)
![Schematischer Aufbau](https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/imd/lwm/ressourcen/bilder/forschung/forschung_ab_2016/Schematischer-Aufbau.jpg/@@images/790641d3-4fa6-4ace-938d-882faee4fa9e.jpeg)
Schematischer Aufbau des Versuchsstands zum Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung
![Widerstandsschweißen_4x_web](https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/imd/lwm/ressourcen/bilder/forschung/forschung_ab_2016/Widerstandsschweissen_4x_web.jpg/@@images/f13a4810-6452-4887-9592-25b5bcc3cfa7.jpeg)
Detailaufnahmen des Arbeitsraums
Versuchsstandausrüstung und Messtechnik
- Schweißinwerter (Mittelfrequenz) Harms + Wende Genius HWI436WA
- zwei Schweißtrafos Bosch Rexroth MF180 in Parallelschaltung
- drehbare Elektrodenköpfe mit Elektrodenaufnahmen für Schweißkappen nach ISO5821 mit Nenndurchmesser 16mm und 20mm
- elektromechanischer Zylinder EMC080 als Relativantrieb für Elektrodenzustellung (Achse Z)
- hochübersetzende Winkel-Planetengetriebe WPLN142 für Drehung der Elektrodenköpfe (Achsen ϕY1 und ϕY2)
- Lineareinheit KK130 für Vorschub des Probenhalterahmens (Achse X) mit 15 Probeblechen a 50x50mm und einem Referenzblech für die Systemwiderstandsmessung
- pneumatisches Elektrodenfräsgerät AEG Schweisstechnik zum automatischen Abrichten der Elektroden
- Kühlaggregat Kjellberg KWE 360
- Präzisionsstromquelle EA-PSI9040 für die automatisierte Übergangswiderstandsmessung mit Strömen bis zu 50A
- PC-basierte Steuerung (TwinCAT, Fa. Beckhoff) zur konsistenten Ansteuerung aller Funktionen sowie Messwerterfassung und -speicherung
- Kraftmessdosen ALTHEN ALF256 mit 10kN (X-Achse) und 20kN Messbereich (Z-Achse)
- Rogowski Spule RoCoil SR1395 mit Integrator IR-3998DC zur Schweißstrommessung
- Messung der Schweißspannung zwischen den Elektroden mit Beckhoff Busklemme EL3751
- Temperaturmessung an den Elektroden und im Kühlkreislauf
- weitere Busklemmen zur konsistenten Erfassung der Messdaten im Steuerungssystem
- Auswertung der Schweißversuche mittels Prozesskettenanalyse (Analysetoll DETACT, Symate GmbH)
Technische Spezifikationen
- maximaler Schweißstrom ca. 50kA
- maximale Anpresskraft der Elektrodenzustellung (Achse Z) ca. 15kN
- maximale Vorschubkraft des Blechvorschubs (Achse X) ca. 6kN
- maximales Drehmoment der Rotationsachsen (Drehung der Elektrodenköpfe, Achsen ϕY1 und ϕY2) ca. 1100Nm
- Aufzeichnung aller relevanten Prozessgrößen mit 4kHz Abtastrate (teilweise höherfrequent mit Oversampling)
Siehe auch:
- Video 1: Schweißen-Demonstration ohne Bleche
- Video 2: Schweißprozess mit reibungsbehafteter Bewegungsüberlagerung
Veröffentlichungen
- Heilmann, S.; Mathiszik, C.; Merx, M.; Müller, J.; Zschetzsche, J.; Ihlenfeldt, S.; Füssel, U.: Numerische Simulationsstrategien und Versuchsstandaufbau für das Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung am Beispiel von Aluminiumlegierungen. In: 37. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik (2017), S. 107-113
- Ihlenfeldt, S.; Müller, J.; Merx, M.: Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung - Entwicklung einer Versuchseinrichtung als mechatronisches System. In: Mechatronik 2017, S. 85-90. ISBN: 978-3-00-055832-0
- Heilmann, S.; Mathiszik, C.; Merx, M.; Müller J.; Zschetzsche, J.; Ihlenfeldt, S.; Füssel, U.: Numerical Simulation Strategies and Test Setup for Resistance Spot Welding Process with Motion Overlay; In: Welding in the World, 61(1), S. 35-46; DOI 10.1007/s40194-016-0403-z
(Erstellt durch M. Merx am 16.08.2018, Stand 16.08.2018)
Kontakt
![TUD-M-Merx](https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/imd/lwm/ressourcen/bilder/mitarbeiter/lwm-2019/gruppe-2-steuerungs-u-regelungstechnik/TUD-M-Merx-16x10-hg.jpg/@@images/d65b1a93-74b6-41ff-ae75-bbdaad2b487c.jpeg)
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Marcel Merx
Antriebs- und Steuerungstechnik
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).
Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen
Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen
Besuchsadresse:
Kutzbach-Bau, Raum 203 Helmholtzstraße 7a
01069 Dresden