ABICOR-Innovationspreis 2006 (1. Platz)

   Dr.-Ing. Sven-Frithjof Goecke (EWM HIGHTEC WELDING GmbH)

„EWM-coldArc - Energiereduzierter Kurzlichtbogen“

Leichtbau erfährt mit der jüngsten Entwicklung neuer Werkstoffe nicht nur im Bereich des Automobilbaus einen rasanten Fortschritt. Zukünftig wird weiteres Leichtbaupotenzial jedoch nur dann realisierbar, wenn die Fügetechnik für dünnes hoch- und höchstfestes Stahlblech sowie auch für Materialkombinationen, wie z.B. Stahl mit Magnesium oder Aluminium, praxisnahe Lösungen bereitstellt. Hier stößt die Umsetzung der heute bereits existierenden werkstofftechnischen und auch konstruktiven Möglichkeiten an die Grenzen der konventionellen Fügeprozesse, insbesondere der produktiven Metall-Schutzgas-Fügetechnik.

Auf die Entwicklung von Hochleistungs-Lichtbogenprozessen der 90iger Jahre und dem Boom der Laser- und der Laser-Hybridtechnik im oberen Leistungsbereich folgte eine Ausdehnung der bisher bekannten MSG-Prozessgrenzen zum „kalten“ Ende hin. Als Ziel führend haben sich hier Prozessansätze auf Basis des Kurzschluss behafteten Werkstoffübergangs herausgestellt.

Mit dem coldArc wurde ein MSG-Prozess entwickelt, der durch möglichst geringen Energieeintrag in den Drahtzusatz sowie in das Bauteil ein kontrolliertes Schmelzvolumen erzeugt. Dazu dient ein impulsartiges Aufschmelzen in der Lichtbogenphase, jedoch tritt kein freier Tropfenübergang auf. Im anschließenden Werkstoffübergang in der Kurzschlussphase wird der Energieeintrag werkstoffspezifisch angepasst, um ein kontrolliert „weiches“ Wiederzünden zu gewährleisten. Dazu wird aktiv eine drastische Verminderung der Leistungsspitze beim zyklischen Lichtbogen-Wiederzünden erreicht, die eine erhebliche Reduzierung des Wärmeeintrags während der dieser sensiblen Zündphase ermöglicht.

Das Prinzip der ausschließlich in der Energiequelle implementierten Technologie liegt in der Entwicklung einer besonderen hochdynamischen Inverterschaltung, während in einem eigenen digitalen Signalprozessor (DSP) eine sehr schnelle, digitale Prozessregelung das Pinchen der Kurzschlussauftrennung im µ Sekundenbereich überwacht.

Mit dem nahezu leistungslosen Werkstoffübergang lassen sich mit einem MSG-Prozess nun erstmalig sehr dünne Bleche von bis unter 0,3 mm fügen sowie auch Zusatzwerkstoffe auf Magnesium- und sogar auf Zink-Basis (Ts um 400°C) zum „kalten“ Fügen von Mischverbindungen aus Leichtmetallen mit Stahl einsetzen. Alternativ zum MIG-Löten mit Kupferbasislot lässt sich durch den Einsatz von Zinkbasis-Elektrodendraht verzinktes Stahlblech artgleich löten, während das vor Korrosion schützende Zink beidseitig auf dem Blech nahtlos erhalten bleibt.

Über den Einsatz in allen Standardanwendungen des Kurzlichtbogens hinaus liegen weitere Anwendungsfelder in der Kombination des coldArc mit der Laser- und der Plasmatechnik zum flussmittelfreien Fügen, wo es gilt, den schmalen Grad zwischen möglichst kaltem Fügen und gleichzeitig großer Bauteiltoleranz und dennoch hoher Prozessstabilität zu beherrschen.