Keramik Keramik erhöht die Standzeit von Zentrier- und Positionierstiften im Karosseriebau

In der automatisierten Schweißtechnik des Karosseriebaus sind die Zentrier- und Positionierstifte hochbeanspruchte Komponenten. Der Einsatz von Bauteilen aus schlagzäher Keramik macht sich hier rasch bezahlt, denn sie erreichen im Vergleich zu den üblichen Hartmetallstiften problemlos die zwanzigfache Standzeit.

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DOCERAM GmbH

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

Maxon Motor GmbH

Auch wenn die Zentrier- und Positionierstifte in den automatisierten Schweißstraßen der Automobilindustrie nur unscheinbare Komponenten sind, übernehmen sie doch eine wichtige Aufgabe: Sie fixieren die zu schweißenden Bleche zueinander oder positionieren Gewindemuttern dort, wo sie vom Schweißroboter fixiert werden.

Hoher Verschleiß an Hartmetallstiften

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.

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. Zudem – und das ist mindestens ebenso wichtig – ziehen deformierte Zentrier- und Positionierstifte Qualitätseinbußen nach sich, weil sie die Maßgenauigkeit der Schweißbaugruppen beeinträchtigen.

Keramikstifte als Alternative

DOCERAM hat für diese und andere Anwendungen die schlagzähe Hochleistungskeramik CERAZUR entwickelt und bietet ein breites Portfolio an Zentrierstiften aus diesem Material nach gängigen Werksnormen an. Sie werden aus einem Baukastensystem heraus konfiguriert (Bild 1).

Diese Stifte zeigen auch bei härtester mechanischer Beanspruchung keine Abplatzer. Das widerlegt eindrucksvoll das Vorurteil von der spröden Keramik – und die Standzeiten der Zentrierstifte erhöhen sich ganz erheblich, bei dokumentierten Praxistests der Anwender beispielsweise 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.

Neben dem Punktschweißen finden die CERAZUR-Stifte auch bei anderen Positionieraufgaben in der automatisierten Blechbearbeitung wie beim Clinchen, Bördeln oder Kleben Anwendung.

Neue Passstifte für weitere Applikationen

Komplettiert wird das Programm der Schweißtechnik-Normalien aktuell um ein Programm von Passstiften (Bild 2), mit denen beispielsweise Baugruppen von Vorrichtungen exakt positioniert oder Schweißbaugruppen formschlüssig in Position gehalten werden. Hier kommt als Werkstoff DOCERAM Z 1000 zum Einsatz: ebenfalls ein Zirkondioxid, das sich im Vergleich zu 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 neben der Schweißtechnik weitere interessante Applikationen. In der Automatisierungstechnik verwendet man sie für die formschlüssige Positionierung von Greiferbacken oder Schnellkupplungselementen sowie als wartungsfreie Lagerachsen von Schwenkhebeln, Rollen oder Zahnrädern. In der Elektronikindustrie und der Prüftechnik kommen sie als abriebfeste Anschlagmittel bei der Positionierung von Leiterplatten in Bestückungsautomaten oder Testeinrichtungen zum Einsatz – hier sind neben der Verschleißfestigkeit auch die elektrischen Eigenschaften des Werkstoffs von Vorteil. Aber auch beim Widerstandsschweißen ist die elektrische Isolierung ein Pluspunkt, wenn die Vorrichtung aus elektrisch leitenden Elementen mit unterschiedlichen Potenzialen besteht.

Verbundkonstruktion aus Stahl und Keramik

Bei Schweißzentrierstiften für das Buckelmutterschweißen kommen neben Vollkeramik-Komponenten auch Verbundkonstruktionen mit einem Stahlkern zum Einsatz. Nur die höchstbelasteten Flächen sind dann aus Keramik gefertigt; die Verbindung der Werkstoffe wird beispielsweise durch Schrumpfen oder durch Schraubverbindungen erzeugt. Die erhebliche Standzeitverlängerung bringt dem Anwender 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 (Bild 3).

*Dipl.-Mineraloge Christoph Zillikens, Kaufmännischer Leiter der DOCERAM GmbH, Dortmund

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