Fortschrittliche Anlagentechnik liefert maßgeschneiderte Platinen mit nicht-linearen Laserstrahlschweißnähten für den Automobilbau

Thyssen Engineered Blanks®, die von der Thyssen Krupp Stahl AG entwickelten Tailored Blanks mit nichtlinearer Laser-Schweißnaht, haben sich am Markt durchgesetzt. Allein auf Basis der zurzeit gebuchten Aufträge wird die Thyssen Fügetechnik GmbH, ein Tochterunternehmen der Thyssen Krupp Stahl AG, im Jahr 2002 rund 17.500 Tonnen Thyssen Engineered Blanks® für die Automobilindustrie fertigen. Das entspricht etwa 1.100.000 Platinen. Bauteile, die die Automobilhersteller mit TEB® von Thyssen Fügetechnik fertigen, sind unter anderem Hauptböden, Tür-Innenbleche und Radhäuser.

Bereits 1983 hatten Ingenieure der Thyssen Krupp Stahl AG die Tailored Blanks mit gerader Laser-Schweißnaht erfunden, die heute in nahezu allen Automodellen verwendet werden. Die Konstrukteure der Fahrzeughersteller schätzen insbesondere den belastungsorientierten Aufbau der aus Stahlblechen unterschiedlicher Dicke, Qualität und Oberflächeneigenschaften zusammengesetzten Tailored Blanks. Blech höherer Festigkeit kann genau dort platziert werden, wo es wirklich gebraucht wird, der Rest des Funktionsteils kann gewichtsparend aus dünnerem Blech bestehen.

Für noch mehr Flexibilität und Gewichtseinsparung sorgen die neuen Engineered Blanks. Im Unterschied zu Tailored Blanks mit gerader Schweißnaht bieten TEB® mit ihrem nahezu frei wählbaren Nahtverlauf die Möglichkeit, ein Funktionsteil noch präziser auf die tatsächlichen Belastungs- und Kräfteverhältnisse im Automobil auszulegen. Ein Beispiel: Ein Federbeintopf kann heute aus einer Platine hergestellt werden, in die ein Blech hoher Dicke kreisrund eingeschweißt ist. Im fertigen Bauteil liegt dieser Bereich genau dort, wo das Federbein eingesetzt wird und im Betrieb die stärkste Belastung auftritt.

Über die für die vollautomatische Serienproduktion solcher Maßanfertigungen notwendige Technologie verfügt die Thyssen Fügetechnik GmbH in ihrem Werk in Duisburg-Hüttenheim. Die TEB® werden dort auf einer Laserschweißlinie der neuesten Generation produziert, die zusätzlich mit einem zweiten Schweißkopf für die Fertigung dreiteiliger Platinen mit zwei Schweißnähten ausgerüstet ist. Die Anlage ist die weltweit erste Doppelkopf-Schweißlinie für nichtlineare Tailored Blanks. Bei der Entwicklung haben Thyssen Fügetechnik, Thyssen Krupp Stahl AG und die Nothelfer GmbH, ein Unternehmen aus dem Segment Technologies der Thyssen Krupp AG, zusammengearbeitet. Weil für die kontinuierliche Fertigung von TEB® in großen Stückzahlen komplexere Prozessabläufe und Fertigungstechnologien notwendig sind als bei der Herstellung konventioneller Tailored Blanks, haben die drei Unternehmen in mehrfacher Hinsicht maschinenbauliches Neuland betreten.

Kernkomponenten der Anlage sind die zwei Festkörper-Laser mit einer Leistung von bis zu vier Kilowatt. Die zwei Laserköpfe sind an einem Portal befestigt, unter dem die Paletten mit den zusammengelegten Einzelteilen der TEB® hindurchlaufen. Die Laserköpfe bewegen sich unabhängig voneinander in seitlicher Richtung und folgen so dem Verlauf der Fügestöße der TEB®. Damit die Schweißnähte präzise und ausreichend belastbar sind, dürfen die Laserstrahlen nicht weiter als 0,05 Millimeter vom Verlauf der Fügestöße abweichen. Um diese Genauigkeit zu erreichen, wird die Schweißnahtgeometrie nur mit wenigen groben Stützpunkten in die Steuerung der Schweißköpfe einprogrammiert. Die eigentliche Feinarbeit besorgt jeweils ein optischer Nahtfolgesensor pro Schweißkopf, der den Laser über den tatsächlichen Nahtverlauf führt. Die Sensoren erkennen nahezu jede beliebige Stoßvariante und besitzen eine eigene Schwenkachse, so dass sie auch kleinen Radien sicher folgen können. Ein weiteres, hinter den Schweißköpfen angebrachtes Sensorsystem vermisst die Geometrie der Oberseite der Schweißnaht, damit deren Güte dem Kunden gegenüber dokumentiert werden kann. Die Sensordaten werden für jedes TEB® in einem Kurzprotokoll festgehalten. Die Führung der Schweißköpfe durch Nahtfolgesensoren ist ein Konzept, das speziell für die TEB®-Anlage von Thyssen Fügetechnik entwickelt und in Duisburg-Hüttenheim erstmals im Maschinenbau für nichtlineare TEBs® erfolgreich umgesetzt wurde.

Eine neue und in dieser Form erstmals angewandte Methode hat das Entwicklungsteam von Thyssen Krupp Stahl, Nothelfer und Thyssen Fügetechnik auch für die Befestigung der Platinensegmente auf den Förderpaletten gefunden. Um störende Konturen im Schweißbereich zu vermeiden, werden die mit Präzisionsstanzwerkzeugen erzeugten und formschlüssig zusammengefügten Platinensegmente nicht durch mechanische Spannvorrichtungen, sondern durch Magnetspannkräfte gehalten. Die Magnete sind schaltbar und werden gekühlt, damit sie sich beim Schweißvorgang nicht erwärmen oder ihre magnetischen Eigenschaften verlieren.

Durch die Anlage transportiert werden die Paletten von zwei CNC-gesteuerten Achsen. Dabei bewegt eine Achse eine Palette in Schweißgeschwindigkeit durch das Portal mit den beiden Schweißköpfen, während die jeweils freie Achse schnell zum Ausgangspunkt zurückfährt, um eine neue Palette aufzunehmen. Die Taktzeiten, die auf diese Weise erreicht werden, sind beachtlich: Von einem Schweißvorgang zum nächsten vergehen nur wenige Sekunden.

Noch effizienter soll es in Zukunft in Wolfsburg gehen: Dort wurde im September 2000 in der Nähe der Volkswagen AG die Thyssen Fügetechnik Nord GmbH eingeweiht, der vierte deutsche Betrieb der Thyssen Fügetechnik. Für die Wolfsburger Fertigung ist zurzeit eine weiterentwickelte TEB®-Anlage in Arbeit, die über ein in zwei Ebenen bewegliches Portal verfügen wird. Die Anlage soll im Sommer des laufenden Jahres in Betrieb gehen.

Für Rückfragen: ThyssenKrupp AG, Fachpresse, Bernd Overmaat Tel: 0211-824-36012, Fax: 0211-824-36035 e-mail: overmaat@tk.thyssenkrupp.com