Grundlagenuntersuchungen zur in-Situ-Simulation von Widerstandspunktschweißprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Füssel; Professor Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389519796

Das Widerstandspunktschweißen ist ein apparativ einfach zu realisierendes, hochproduktives und prozesssicheres Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen metallischer Werkstoffe. Es wird wegen seiner hohen Wirtschaftlichkeit und der erreichbaren geringen Taktzeiten zunehmend auch für anspruchsvolle Schweißverbindungen, wie bspw. Dünnblech-Dickblech-Verbindungen, das Fügen von Leichtmetall-Blechen, Mischverbindungen sowie beschichtete Bleche eingesetzt. Aus den damit immer enger werdenden Prozessfenstern in Kombination mit einer stetigen Steigerung der Qualitätsanforderungen folgt die Notwendigkeit einer sicheren Beherrschung des Prozesses, bis hin zur Forderung eine Qualitätsbeurteilung jedes einzelnen Schweißpunktes durchzuführen. Zerstörende Prüfverfahren können prinzipbedingt nicht für solch eine 100%-Prüfung eingesetzt werden. Zerstörungsfreie Prüfverfahren befinden sich momentan in der Entwicklung bzw. werden in ersten praktischen Anwendungen eingesetzt, bedeuten aber immer einen zusätzlichen apparativen und organisatorischen Aufwand. Über die zerstörungsfreie Prüfung hinaus stehen mit der Digitalisierung der Fertigung über die gesamte Prozesskette vom Werkstoff (bspw. Blech auf dem Coil) zum fertigen Produkt (bspw. KFZ-Karosserie), eine Vielzahl von objektspezifischen Daten und Parametern zur Verfügung. Diese Daten können zukünftig für die simulationsgestützte Analyse des Werkstücks in jedem Prozessschritt herangezogen werden, womit der Aufwand für die zerstörende bzw. zerstörungsfreie Prüfung deutlich gesenkt werden kann. Dazu wird für jeden Schweißpunkt eine in-Situ-Simulation, also eine prozessnahe und echtzeitfähige Simulation, des Widerstandsschweißprozesses mit den jeweils prozessaktuell und werkstückspezifisch gültigen Prozessdaten sowie Parametern durchgeführt und automatisch ausgewertet. Kritische Verbindungen können so identifiziert und für die weitere Prüfung ausgewählt werden. Darüber hinaus kann die in-Situ-Simulation mit einem ortsaufgelösten Modell dem Anlagenbediener einen intuitiven "Einblick" in die gefertigte Schweißverbindung ermöglichen, indem sie die soeben entstandene Schweißlinse visualisiert. Außerdem können Vorab-Simulationsrechnungen in-Situ, also an der Maschine, bspw. zur Ermittlung von Schweißbereichs-Diagrammen oder Parameteranpassungen, durchgeführt werden.Ziel des Forschungsvorhabens ist es, für die in-Situ-Simulation des Widerstandspunktschweißprozesses geeignete Modellansätze zu entwickeln, zu implementieren und zu testen. Die Potenziale der in-Situ-Simulation sollen schließlich experimentell untersucht und bewertet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen