Versuchsstand zum Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung

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

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 ϕ_Y1 und ϕ_Y2)
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)

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 ϕ_Y1 und ϕ_Y2) ca. 1100Nm
Aufzeichnung aller relevanten Prozessgrößen mit 4kHz Abtastrate (teilweise höherfrequent mit Oversampling)

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)

Research associate

Mr Dipl.-Ing. Marcel Merx

Control and Feedback Control Systems

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