Flexibles Bauteildesign mit dem Elektronenstrahlschweißen von Pro-Beam
Startseite » Verbindungstechnik »

Flexibles Bauteildesign mit dem Elektronenstrahlschweißen von Pro-Beam

Flexibles Bauteildesign und Materialfreiheit
Elektronenstrahlschweißen von Pro-Beam überwindet Konstruktionshürden

Anzeige
Das Elektronenstrahlschweißen von Pro-Beam in Gilching ist ein innovatives Fügeverfahren, mit dem Konstrukteure eine nie dagewesene Flexibilität beim Design von Bauteilen erhalten, vor allem dann, wenn der Elektronenstrahl von Beginn an im Konstruktionsprozess berücksichtigt wird. Außerdem erhalten Konstrukteure eine große Materialfreiheit, da fast alle metallischen Werkstoffe mit dem Verfahren bearbeitet werden können.

Dr. Thorsten Löwer, CTO Pro-Beam Gruppe, Gilching

Inhaltsverzeichnis

1. Wie funktioniert Elektronenstrahlschweißen?
2. E-Beam: Die Vorteile auf einen Blick
3. Mechanisches Nacharbeiten entfällt
4. Für viele Branchen interessant
5. Schweißen von Getrieberädern

 

Konstrukteure und Entwickler stehen täglich vor der Herausforderung, innovative Produkte präziser, effizienter und wirtschaftlicher konstruieren zu müssen. Um den übergeordneten Zielen des Unternehmens gerecht zu werden und gleichzeitig die Bedürfnisse der Kunden zu berücksichtigen, werden Tools gebraucht, die diesen Herausforderungen Stand halten.

Eine Technologie, die Konstrukteuren auf ihrem Weg hilft, ist das Elektronenstrahlschweißen. Dieses hat sich im Rahmen der Digitalisierung zu einem innovativen Fügeverfahren entwickelt. Annahmen, wie „Schweißen mit dem Elektronenstrahl sei komplex oder umständlich“ sind heute veraltet. Denn dank umfassender Neuerungen im Software- und CNC-Bereich kann mittlerweile präzise, produktiv und wirtschaftlich gearbeitet werden. Und Konstrukteure erhalten eine nie dagewesene Flexibilität beim Design von Bauteilen – vor allem dann, wenn der Elektronenstrahl von Beginn an im Konstruktionsprozess berücksichtigt wird.

Wie funktioniert Elektronenstrahlschweißen?

Beim Elektronenstrahlschweißen erzeugt eine geheizte Kathode zunächst eine Wolke aus freien Elektronen. Zwar sind Elektronen fest an Atome gebunden, unter Energiezufuhr lassen sich diese jedoch aus dem Gitterverband lösen. Die Elektronen werden dann durch ein elektrisches Feld zur Anode beschleunigt – elektromagnetische Linsen formen aus den freien Elektronen einen fokussierten Strahl. Dabei erreichen diese eine Geschwindigkeit zwischen einem und zwei Dritteln der Lichtgeschwindigkeit.

Treffen die Elektronen auf der Materie auf, geben sie punktgenau Wärme ab; das umgebende Material bleibt dabei weitestgehend kalt. Bei Energiedichten von über 107 W/cm2 verdampft die geschmolzene Substanz im Zentrum. Es entsteht eine Kapillare, welche von verdampfendem Material offengehalten wird, von flüssigem Material umgeben ist und sich über die gesamte Materialdicke erstrecken kann. Durch die Führung des Strahls über das Werkstück fließt die Schmelze hinter der Kapillare schließlich zusammen, erstarrt und führt so zur Verbindung.

Das gesamte Schweißverfahren findet im Vakuum statt, entweder in einem Schleusen-Shuttle-System oder in Großkammern. Intelligente Schleusenkonzepte verhindern, dass die Erzeugung des Vakuums zu Lasten der Produktionszeit geht. Aufgrund des Vakuums werden keine Hilfs- und Betriebsstoffe, wie beispielsweise Prozessgase benötigt.

E-Beam: Die Vorteile auf einen Blick

Der Elektronenstrahl ist über Magnetfelder intelligent form- bzw. beeinflussbar, wodurch selbst die präzise Bearbeitung von schwer zugänglichen Nähten möglich wird. Dadurch können vollkommen neue Ideen hinsichtlich Geometrie und Komplexität des Bauteils realisiert werden. Eine zerspanende Nachbearbeitung entfällt meistens. Außerdem erhalten Konstrukteure eine große Materialfreiheit, da fast alle metallischen Werkstoffe bearbeitet werden können, auch solche, die als schwer schweißbar gelten – von Einsatzstählen, Kupfer, Aluminium beziehungsweise Aluminiumlegierungen bis hin zu Titan. Zudem ist es möglich, günstige und teure Materialien zu kombinieren.

Mechanisches Nacharbeiten entfällt

Ein weiterer Vorteil ist der fokussierte Wärmeeintrag. Dieser ruft einen nur minimalen Verzug beim bearbeiteten Werkstück hervor und behält die mechanischen und technologischen Gütewerte des Materials bei. Nach dem Fügevorgang sind die geschweißten Komponenten direkt nutzbar und einbaufähig, sodass kostspielige mechanische Nacharbeiten vermieden werden.

Der Tiefschweißeffekt, welcher sich durch Einschweißtiefen von über 150 mm auszeichnet und gleichzeitig zu schmalen sowie parallelen Schweißnähten mit geringem Schmelzbadvolumen führt, eröffnet darüber hinaus eine Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten. Diese reicht vom Schweißen von Bauteilen mit wenigen Gramm bis hin zum Fügen von Komponenten mit mehreren Tonnen Gewicht. Die erzeugten Metallverbindungen sind grundsätzlich höchst sicher und beständig. Außerdem bietet Elektronenstrahlschweißen eine hohe Geschwindigkeit. So ist eine ein Meter lange Naht mit einer Tiefe von 100 mm beispielsweise in etwa zehn Minuten gefügt.

Für viele Branchen interessant

Bei Pro-Beam arbeitet der Elektronenstrahl zu einhundert Prozent digital. Prozesse lassen sich deshalb einfach automatisieren und Ergebnisse jederzeit reproduzieren. Zusätzlich profitieren Anwender von einer lückenlosen Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle, die jederzeit rückverfolgbar sind. Diese Features machen die Technologie für eine Vielzahl an Branchen interessant, zum Beispiel für den Bereich E-Mobilität oder die klassische Automobilindustrie:

In der Elektromobilität ist das Schweißen von Kupfer-Hairpins, wie sie in Statoren von Elektroantrieben vorkommen, eine für den Elektronenstrahl prädestinierte Aufgabe. Denn mit dem Verfahren ist es möglich, Hairpins ohne lichtoptische Effekte, wie Reflexionen, sicher zu schweißen. Auf diese Weise können die Effizienz des Motors und die Reichweite des Fahrzeugs schon im Rahmen des Schweißvorgangs positiv beeinflusst werden. Mit Hilfe der Mehrstrahltechnologie werden außerdem mehrere Hairpin-Paare gleichzeitig gefügt und somit ein wirtschaftliches Arbeiten gewährleistet. Aufgrund der Arbeit im Vakuum sind die Werkstücke am Ende poren- und spritzerfrei.

Ein weiterer typischer Anwendungsfall im Bereich E-Mobilität ist die Fertigung von Batterien beziehungsweise Kühlsystemen. Hierfür greifen Hersteller bei der Produktion häufig auf günstige Materialien, wie Aluminium-Druckguss zurück. Mit diesem lassen sich mechanisch tragende Konstruktionen erzeugen, welche gleichzeitig über effiziente Kühleigenschaften verfügen und somit die Ladezeit und Lebensdauer von Batterien verbessern.

Schweißen von Getrieberädern

In der klassischen Automobilindustrie ist die Technologie zum Beispiel beim Schweißen von Getrieberädern im Einsatz. Dabei wird ebenfalls an mehreren Stellen gleichzeitig geschweißt, wodurch der Verzug so gering gehalten werden kann, dass das Bauteil innerhalb der erforderlichen Toleranz bleibt. Ein Versatz der Rotationsachsen der Bauteile wird so vermieden und spätere Geräusche werden reduziert. bt

Mehr zur Technologie

download

Kontakt:
Pro-Beam GmbH & Co. KGaA
Zeppelinstraße 26
82205 Gilching
Tel.: 089 899 233-0
E-Mail: info@pro-beam.com
Website: www.pro-beam.com

Ebenfalls interessant

Dr. Thorsten Löwer von Pro-Beam zum Elektronenstrahlschweißen


Anzeige
Emerson: Pneumatik 4.0

Smartenance

Pneumatik 4.0 bei Emerson im Überblick

Video

Erinnern Sie sich noch an Messen in den Zeiten vor dem Auftauchen des Coronavirus? Hier ein Rückblick auf die letzte SPS in Nürnberg...

Aktuelle Ausgabe
Titelbild KEM Konstruktion Entwicklung Management 9
Ausgabe
9.2020
LESEN
ABO
Newsletter

Abonnieren Sie unseren Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Kalender

Kalender

Aktuelle Termine für Konstrukteure

Webinare & Webcasts
Webinare

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper
Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Top-Thema Spannvorrichtungen

Spannvorrichtungen

Alles über Spannvorrichtungen und welches Einsparungspotenzial sie bieten

Top-Thema Schaltschränke

Alle Infos über den Schaltschrankbau mit seinen Komponenten, Geräten und deren Verdrahtung

Top-Thema: Digitalisierung

Smartenance

Die Digitalstrategie von Festo im Überblick

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de