Industrie-Keramik in der Schweißtechnik


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Christian Duempelmann
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In der Schweißtechnik sind keramische Werkstoffe unerlässlich. Sie kommen an zahlreichen Stellen zum Einsatz und bieten enorme Vorteile bei Bauteilen, die einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind.

Komponenten von DOCERAM sind für unterschiedliche Anwendungen optimiert vermindern Stillstand und sind selbst gegenüber warm umgeformten Stählen wie z.B. Usibor hoch resistent.


Die wichtigsten Vorteile auf einen Blick

bis zu 40-fache Standzeit im Vergleich zu Edelstahl
hohe Verschleißfestigkeit
elektrisch isolierend
resistent gegen Schweißspritzer

Weitere wichtige Eigenschaften:

schlagzäh
druckbeständig
temperaturstabil
hohe Härte und Abriebfestigkeit
geringe Materialanhaftung bei Schweißspritzern


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Positionierstifte

Keramische Positionierstifte sind extrem verschleißfest, besonders auch gegenüber sehr harten Stählen wie z.B. Usibor. Darüber hinaus sind sie elektrisch isolierend und zeigen eine Antihaft-Wirkung gegenüber Schweißspritzern auf. Zudem erreicht Keramik ein Vielfaches der Standzeit gegenüber Aufnahmebolzen aus Stahl oder gehärtetem Stahl. Einen wesentlichen Nutzen erzielt der Anwender im Bereich der Qualitätssicherung, denn die Verschleißfestigkeit keramischer Positionierstifte gewährleistet gleichbleibende Toleranzen der geschweißten Karosseriebauteile über Jahre hinweg.

Vor allem in der automatisierten Fertigung führen keramische Positionierstifte zu einer erheblichen Kostenreduktion. So erfolgt bei der üblichen Fertigung im Karosserie-Rohbau als letzter Arbeitsgang das Vermessen der produzierten Einheit. Sind erkennbare Toleranzabweichungen vorhanden, muss das Band gestoppt und eingelaufene Stahlstifte identifiziert und gewechselt werden. Eine vereinfachte Beispielrechnung zeigt auf, welche Einsparmöglichkeiten hierbei realisiert werden können:

Produzierte Einheiten pro Jahr: ca. 230.000 Stück
Wert einer Einheit: 5.000,- Euro
Arbeitstage im Jahr: 320 im 24 Stundenbetrieb

Unter dieser Annahme werden 0,5 Einheiten pro Minute produziert. Bereits ein Bandstillstand von nur 10 Minuten erzeugt einen Verlust von 25.000,- Euro.



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Zentrierdorn für Unterbauspanner

Keramischen Zentrierdorne für Unterbauspanner werden speziell beim Einsatz warm umgeformter, hochfester Stähle benötigt. Während es bei herkömmlichen Stählen kaum Verschleißprobleme gab, änderte sich dies bei Materialien wie z.B. Usibor. Auch hier kann das Problem des verschleißend durch Bauteile aus Keramik gelöst und die Prozesssicherheit wieder herstellt werden.


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Schweißzentrierstifte

Keramische Schweißzentrierstifte bieten dem Anwender eine bis zu 40-fach höhere Standzeit gegenüber Stahlstiften. Keramik überzeugt auch hier durch hohe Temperaturbeständigkeit bei gleichbleibender Härte sowie Biegefestigkeit und Schlagzähigkeit. Darüber hinaus verhindert sie das Anhaften von Schweißspritzern. Ein weiterer Vorteil ist ihre elektrisch isolierende Eigenschaft.

Wiederum empfiehlt sich der Einsatz von Keramik aus Qualität und Kostengründen. So „kleben” beim Buckelschweißen mit Stahlstiften und Kunststoffisolation schon nach kurzer Zeit Schweißspritzer am Material, was den Fertigungsprozess schon beeinflussen kann. Wesentlich störender ist jedoch, dass Schweißspritzer die Isolation verbrennen. Eine elektrische Isolation ist so nicht mehr gegeben, und es entsteht ein Nebenschluss. Der Strom fließt nun nicht mehr nur durch die Buckelmutter, sondern auch durch den Stift. Das vermindert die Qualität der Schweißung, ohne dass eine Ursache direkt nachvollziehbar ist.

Alleine schon die 40-fach höhere Standzeit zeigt, welche Kosteneinsparungen möglich sind. Weniger Stillstandzeiten durch Stiftwechsel und höhere Wartungsintervalle machen sich ebenfalls bei den Kosten bemerkbar. Ganz zu schweigen von den unabsehbaren Kosten durch Reklamationen von fehlerhaften Schweißungen.


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Gasdüsen

Keramische Gasdüsen aus Siliziumnitrid zeichnen sich durch eine sehr hohe Lebensdauer aus, wobei verschiedene Szenarien betrachtet werden müssen. In einigen Anwendungen kann die Keramik tatsächlich das Anhaften von Schweißspritzern verhindern. Dort, wo dieser Effekt nicht eintritt, sind – im Gegensatz zu den Kupferdüsen – die Schweißspritzer leicht zu entfernen. Hat sich jedoch eine Kupferdüse zugesetzt, muss sie entsorgt werden. Beim Einsatz keramischer Gasdüsen empfehlen wir berührungslose Reinigungsstationen. Einsatzzeiten von bis zu 15 Wochen sind so bei Keramikdüse möglich.


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Keramische Passstifte

Keramische Passstifte werden vor allem beim Bau von Schweißvorrichtungen eingesetzt, da sie elektrisch isolieren und hochpräzise gefertigt sind. Frühere Anwendungen waren Stahlstifte mit Kunststoffisolierung. Allerdings können Kunststoffe dem hohen Anspruch an Genauigkeit nicht gerecht werden, so dass beim Einschlagen in die Bohrung kein Passmaß mehr gehalten werden kann.


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Druckstücke

Hersteller von Kochtöpfen oder hochwertigen Blecheimern bringen deren Henkel durch Widerstandsschweißen an. Hier soll vermieden werden, dass sich die Schweißbuckel in den Topf / Eimer drücken und von innen zu sehen sind. Verhindert wird das durch Druckstücke aus Siliziumnitrid. Hierfür fertigt DOCERAM kundenspezifische Druckstücke je nach Durchmesser des Produktes.


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Schweißrollen

Bei der Produktion von Rohren wird häufig als letzter Arbeitsgang das Rohr induktiv verschweißt. Spätestens bei diesem Arbeitsschritt müssen Schweißrollen eingesetzt werden, die das Induktionsfeld nicht stören, also elektrisch nicht leiten. Siliziumnitrid eignet sich hervorragend für diese Anwendung und kann mit ausgezeichneter Oberflächenqualität und sehr guter Maßhaltigkeit hergestellt werden.


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Siegelkopfisolierung

Auch in der Lebensmittelindustrie wird geschweißt. Ob Kaffeepads oder der Verschluss eines Joghurtbechers, bei sämtlichen Verpackungen mit Deckel werden Materialien durch Hitze miteinander verbunden. Eine sogenannte Siegelkopfisolierung muss entsprechend temperaturstabil sein, darüber hinaus aber auch heißdampfbeständig, um den Reinigungsprozess überstehen zu können. Zirkonoxid ist der geeignete Werkstoff für diese Anwendung.


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Schweißunterlage

Beim Verschweißen von Kabelenden wird eine temperaturstabile und druckbeständige Unterlage benötigt. Bauteile aus Siliziumnitrid arbeiten in diesem Prozess nahezu verschleißfrei.


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Lötunterlage

Die Lötunterlage hat im Prinzip die gleiche Funktion wie die Schweißunterlage. Siliziumnitrid ist resistent gegenüber dem Lot, temperaturstabil und verschleißfest. Zum Einsatz kommen diese Unterlagen z.B. beim Verlöten von Hartmetallzähnen auf Sägeblätter.


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Weitere keramische Anwendungen in der Schweißtechnik sind Drahtführungen, Schweißspritzerschutz / Schweißbadsicherungen, Gaszuführungen, Gasverteiler, thermische und elektrische Isolation.


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