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Keramik statt Stahl

09.10.2008
In der automatisierten Schweißtechnik des Karosseriebaus sind Zentrier- und Positionierstifte hochbeanspruchte Komponenten. Deren Herstellung aus schlagzäher Keramik macht sich rasch bezahlt, wie der Werkstoffspezialist Doceram auf der Messe Euroblech anhand von Exponaten demonstriert. So erreichen Keramikstifte problemlos eine zwanzigfach längere Standzeit im Vergleich zu konventionellen Hartmetallstiften.

In den automatisierten Schweißstraßen der Automobilindustrie übernehmen Zentrier- und Positionierstifte eine wichtige Aufgabe: Sie fixieren die zu schweißenden Bleche zueinander oder positionieren Gewindemuttern dort, wo sie vom Schweißroboter fixiert werden.

Hartmetall für Zentrier- und Positionierstifte ungeeignet

Bei den hohen Taktraten der Schweißstraßen werden diese Stifte, die traditionell aus Hartmetall gefertigt werden, stark beansprucht. Durch das Handling der Bleche verformen sie sich teilweise erheblich. Zudem bleiben Schweißspritzer an den Metallstiften haften und führen dazu, dass die Stifte nicht mehr in die Positionierelemente der Bleche eingreifen.

Das Ergebnis: Größere Werke der Automobilhersteller und -zulieferer haben einen Jahresbedarf in sechsstelliger Höhe an diesen Stiften, die bei besonders harter Beanspruchung typische Lebenszyklen von nur acht bis zwanzig Betriebsstunden erreichen.

Zentrier- und Positionierstifte lösen Anlagenstillstand aus

Dabei sind die Ersatzkosten der Stifte bei den Total-lifecycle-cost-Betrachtungen gar nicht der größte Posten. „Noch größere Kosten verursacht der geplante und ungeplante Anlagenstillstand, den das Auswechseln der Stifte mit sich bringt“, erläutert Stefan Veltum, Vertriebsleiter bei der Doceram GmbH in Dortmund.

Außerdem ziehen deformierte Zentrier- und Positionierstifte Qualitätseinbußen nach sich, weil sie die Maßgenauigkeit der Schweißbaugruppen beeinträchtigen. Das sei bei einer Wirtschaftlichkeitsanalyse mindestens ebenso wichtig, sagt Veltum.

Keramik verlängert Standzeit der Zentrier- und Positionierstifte

Jedoch gibt es Möglichkeiten die Standzeit der Stifte zu verlängern. „Man setzt Komponenten aus Hochleistungskeramik ein“, sagt der Vertriebsleiter. Für diese und andere Anwendungen hat Doceram den schlagzähen Keramikwerkstoff Cerazur entwickelt.

So präsentiert der Dortmunder Werkstoffspezialist auf der Euroblech 2008 ein breites Portfolio an Cerazur-Zentrierstiften nach gängigen Werksnormen. Basis für die unterschiedlichen Stiftvarianten ist ein Baukastensystem.

Keramik kombiniert Härte und Schlagzähigkeit

Die Kombination von Härte und bisher nicht erreichter Schlagzähigkeit ist in der Praxis laut Veltum „verblüffend“: Die Stifte zeigen auch bei härtester mechanischer Beanspruchung keine Abplatzer.

Das widerlegt das Vorurteil von der spröden Keramik. Die Standzeiten der Zentrierstifte erhöhen sich ganz erheblich, bei dokumentierten Praxistests der Anwender zum Beispiel um den Faktor 20.

Zu den Vorteilen der blauen Hochleistungskeramik gehört auch die geringe Adhäsionsneigung im Kontakt zu Metallen. Dadurch haften keine Schweißspritzer an den Stiften an, und durch die elektrische Isolationswirkung des keramischen Werkstoffs wird der Schweißprozess zusätzlich positiv beeinflusst.

Punktschweißen häufigste Anwendung der Keramik-Positionierstifte

Häufigster Anwendungsbereich der Positionierstifte aus der Keramik Cerazur ist das Punktschweißen. Aber auch bei anderen Positionieraufgaben in der automatisierten Blechbearbeitung, zum Beispiel beim Clinchen, Bördeln, Kleben sowie bei der Prüfung der Produkte haben sich diese Positionierelemente laut Veltum bewährt.

Komplettiert wird das Programm der Schweißtechnik-Normalien um Passstifte. Sie ermöglichen zum Beispiel, Baugruppen von Vorrichtungen mit hoher Genauigkeit zu positionieren oder Schweißbaugruppen formschlüssig in Position zu halten.

Passstifte aus Zirkonxod-Keramik mit dem Hammer montierbar

Diese Stifte werden aus der Keramik Z-1000 hergestellt: ein Zirkonoxid, das sich nach Angaben des Vertriebsleiters im Vergleich zur Keramik Cerazur durch etwas geringere Biegefestigkeit, dafür aber höhere Härte auszeichnet. Für diese Passstifte – die so hart beansprucht werden können, dass man sie mit dem Hammer montieren kann – gibt es auch außerhalb der Schweißtechnik attraktive Anwendungen. In der Automatisierungstechnik verwendet man sie für die formschlüssige Positionierung, zum Beispiel von Greiferbacken und Schnellkupplungselementen sowie als wartungsfreie Lagerachsen von Schwenkhebeln, Rollen und Zahnrädern.

In der Elektronikindustrie und der Prüftechnik kommen diese Passstifte als abriebfeste Anschlagmittel bei der Positionierung von Leiterplatten in Bestückungsautomaten oder Testeinrichtungen zur Anwendung. Dabei sind außer der hohen Verschleißfestigkeit auch die elektrischen Eigenschaften des Werkstoffs von Vorteil. Aber auch beim Widerstandsschweißen ist die elektrische Isolierung ein Pluspunkt – und zwar dann, wenn die Vorrichtung aus elektrisch leitenden Elementen mit unterschiedlichen Potenzialen besteht.

Auch Schweißzentrierstifte für das Buckelmutterschweißen erhältlich

Schweißzentrierstifte für das Buckelmutterschweißen stellt Doceram nicht nur aus Vollkeramik her, der Werkstoffspezialist nutzt auch die Vorteile von Verbundkonstruktionen. So haben diese Stifte einen Stahlkern. Nur die thermisch extrem belasteten Außenflächen sind aus Keramik gefertigt. Die Verbindung der Werkstoffe wird zum Beispiel durch Schrumpfen oder Schraubverbindungen erzeugt.

Die erhebliche Standzeitverlängerung bringt dem Anwender laut Veltum derartige Vorteile, dass Doceram aufgrund der stark steigenden Nachfrage das Programm kontinuierlich erweitert – nicht nur um Passstifte, sondern zum Beispiel auch um wassergekühlte Schweißelektroden mit Cerazur-Zentrierstiften.

Doceram GmbH, Halle 13, Stand C78

Josef-Martin Kraus | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/verbindungstechnik/articles/148397/

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