Punktgenau, hochproduktiv: Laserschweißen im „Getriebebau 2.0“

Mit neuen Werkstoffen und veränderten Geometrien optimieren Konstrukteure die Funktion der unterschiedlichen Getrieberäder. Zudem werden sie in immer größeren Stückzahlen benötigt – zum Beispiel, weil in vielen Pkw-Modellen die Anzahl der Schaltgänge zunimmt.

Mit welchen Anlagen-Innovationen die Effektivität in den dafür benötigten Produktionsprozessen weiter vorangetrieben wird, verdeutlicht das Beispiel Laserschweißen. Die Spezialisten von EMAG entwickeln mit ihrer ELC-Baureihe ganzheitliche Lösungen, die das Verfahren hochproduktiv einsetzen. Ihre große Erfahrung mit dem Produktionsprozess vieler typischer Getriebe-Bauteile bringen sie dabei zielgerichtet mit ein.

Der erste Blick auf eine typische Getriebekomponente macht die Herausforderung deutlich: Selbst ein kleines Zahnrad mit integriertem Synchronrad ist relativ komplex konstruiert. Um es effizient und hochgenau herstellen zu können, werden zunächst zwei verschiedene Komponenten produziert. Anschließend erfolgt ein Füge- und Schweiß-Prozess, der sie miteinander verbindet. „An dieser Stelle kommt im modernen Getriebebau zumeist das Laserschweißen zum Einsatz“, erklärt Dr. Andreas Mootz, Geschäftsführer EMAG Automation.

„Bei dem Verfahren lässt sich die Energie des Laserstrahls exakt dosieren und konzentrieren. Dadurch sind auf der einen Seite die Verzüge minimal und es wird eine hohe Schweißgeschwindigkeit erreicht.“ Auf der anderen Seite ist das von EMAG verwendete Schweißverfahren, bei dem ein Festkörperlaser zum Einsatz kommt, außergewöhnlich energieeffizient. Während ein klassischer Kohlendioxid-Laser einen Wirkungsrad von gerade einmal acht Prozent aufweist, können die EMAG-Spezialisten bei ihrer Technologie auf einen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent setzen. Mit anderen Worten: ¬Man benötigt deutlich weniger Strom, um die gleiche optische Leistung zu erreichen. Die Energiekosten in der Produktion sinken massiv.

Stationäre Schweiß-Vorrichtung punktet

Ähnlich effektiv für den Gesamtprozess ist die Integration verschiedener Produktionsabläufe innerhalb der ELC-Anlagen. Zu Beginn belädt sich die Werkstück-Spindel per Pick-up-Verfahren selbst. Die Bauteil-Komponenten werden mittels Fügepresse gespannt und gleichzeitig im Fügeprozess verbunden. Dabei garantiert die Spanntechnik eine sehr genaue Positionierung des Bauteils und somit optimale Bedingungen für das Schweißen. Die Konstruktion der stationären Optik sorgt für höchste Betriebssicherheit und optimale optische Stabilität der Anlage und des Schweißprozesses. Abhängig vom Werkstück bzw. Werkstoff können die Komponenten vor dem Schweißen induktiv vorgewärmt und abschließend gebürstet werden ¬– in jedem Fall erfolgen alle Prozesse innerhalb einer Aufspannung. Der komplette Schweiß- und Verfüge-Prozess für ein Getrieberad erfolgt in nur 12 Sekunden, die Komponenten eines Differenzials sind auf diese Weise in maximal 40 Sekunden fertig miteinander verschweißt.

Fortschritte beim Leichtbau durch Laserschweißen

Am Beispiel Differenzialgehäuse wird besonders deutlich, welche Möglichkeiten die Laserschweiß-Technologie auch für die allgemeine Entwicklung im Automobilbau eröffnet: So wird seit einiger Zeit bei deutschen Automobilunternehmen die bisher verwendete Schraubverbindung zwischen Ausgleichsgetriebegehäuse und Tellerrad durch eine Schweißverbindung ersetzt. Die Folge: Die Materialkosten sinken, gleichzeitig wird das Gewicht des Bauteils um rund 1,2 Kilo leichter. „Mit Blick auf den voranschreitenden Leichtbau im Automobilbereich ist diese Einsparung natürlich eine Welt“, erklärt Mootz.

Kunden profitieren von Erfahrungswissen

Insgesamt blicken die Heubacher Schweiß-Spezialisten auf eine beeindruckende Erfolgsgeschichte zurück: In den letzten zehn Jahren wurden über 50 Anlagen der ELC-Baureihe verkauft. Alle führenden Automobilisten haben die Anlagen im Einsatz. Bei Festkörperlaser-Anlagen für die Produktion von Getriebe- und Powertrain-Komponenten ist das Unternehmen weltweit führend. Was ist die Ursache für diesen Erfolg? „Entscheidend ist in jedem Fall, dass wir bei diesen Bauteilen über ein großes Maß an Erfahrungswissen verfügen. Wir kennen den gesamten Produktionsablauf vom anfänglichen Drehen, und Schleifen über das Schweißen bis hin zu abschließenden Ultraschall-Prüfprozessen“, betont Mootz. „Diese vollständige Prozesskette können wir komplett entwickeln und konstruieren. Auf diese Weise ist die Planung von neuen Produktionsstätten und die Erweiterung von bestehenden natürlich massiv vereinfacht.“

Allgemeine Marktentwicklung positiv

Auf der anderen Seite spielt die allgemeine Marktentwicklung den deutschen Maschinenbauern in die Karten: Nicht nur die erfolgreichen Doppelkupplungstriebe sorgen dafür, dass mehr Zahnräder produziert werden müssen. Auch konventionelle Schaltgetriebe verfügen in der Tendenz über mehr Gänge, weil auf diese Weise der Verbrauch sinkt und sich der Fahrkomfort verbessert. „Vor diesem Hintergrund bieten wir eine bewährte Schweißtechnologie, die einerseits für energiesparende und hochgenaue Herstellungsprozesse sorgt, andererseits mithelfen kann, den Leichtbau voranzutreiben und dabei noch Produktionskosten senkt. Das ist eine erfolgreiche und überzeugende Kombination“, so Mootz abschließend.