Germany - Industrial machinery - Hybrid friction stir welding system (FSW system)

Präambel Die Helmholtz-Zentrum hereon GmbH (Hereon) ist eine gemeinnützige Forschungseinrichtung und eine der 18 Mitgliedseinrichtungen der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren e. V. Die Aufwendungen des Hereon werden zu 90% vom Bund (BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung) und zu 10% von den vier Konsortialländern (Schleswig-Holstein, Hamburg, Niedersachsen und Brandenburg) finanziert. Die satzungsmäßige Aufgabe der Gesellschaft ist es, im multidisziplinären Verbund Forschung und Entwicklung insbesondere auf den Gebieten der Materialforschung, der Küsten-, Klima- und Umweltforschung sowie der regenerativen Medizin zu betreiben. Technische Beschreibung: Vorläufiger Entwurf des Leistungsverzeichnisses für die Beschaffung einer hybriden Rührreibschweißanlage (FSW Anlage) Die Leistungsbeschreibung einer hybride FSW-Anlage (Rührreibschweißen) umfasst die technische Spezifikation für das Fügen von Werkstoffen in der festen Phase, und beinhaltet typischerweise die Kernbereiche Mechanik/Kraftaufnahme, Prozessregelung sowie Qualitätssicherung. Detaillierte Prozessüberwachung ermöglichen langfristig die Aufnahme hochwertiger Datensätze zur Entwicklung digitaler Zwillinge und live-feedback in de Prozesssteuerung. Auslegung auf hohe Axialkräfte und Vorschubkräfte bei minimaler maschineller Nachgiebigkeit. Technische Hauptmerkmale - Maschinentyp: Steife C-Frame Bauweise (kombinierbar mit Fräsbearbeitung) in Doppel-Spindel Ausführung. Rahmen ausgelegt auf 200kN axiale Kraft - Länge des Schweißtisches (X- Achse) Hauptschweißrichtung (Gewünscht 5,5 m) und Option zur Erweiterung - Tischbreite (Y-Achse) 2m - Tischhöhe max. 1,10m. - Verfahrweg obere Spindel (Z-Achse): mind. 600 mm (Arbeitshöhe mind.: 600mm bezogen auf Werkzeugspitze) - Tisch mit Aussparung für unteres Spindelmodul; mit austauschbarer Platte, um den Spalt für unteres Werkzeug entsprechend anzupassen - Schweißgeschwindigkeit: bis max. 6 m/min = 100 mm/s - Option für Vorlaufrolle mit Kraftregelung - Doppel Spindel Konzept: Drehmomentstarke FSW-Spindeln für rotierende Werkzeuge mit variabler Drehzahl und präziser Positionsregelung. Obere Spindel soll austauschbar sein mit Schulung von Hereon-Personal durch Hersteller, um zukünftig bspw. auf eine Spindel für höhere Kräfte und höhere Drehmomente bei niedrigerer Drehzahl (z.B. 200kN, 2000Nm, 3000rpm) zu wechseln Koordinatensystem oberes Spindelsystem (x, y, z) und unteres Spindelsystem (u, v, w); x und u müssen dieselben Leistungsdaten erfüllen, um synchron zu laufen. Rundlauf max. 0,02 mm o Spindel 1 (obere Spindel): diese Spindeleinheit ist auf der vertikalen Achse oben angeordnet, so dass das Rührreibschweißwerkzeug dem zu fügender Werkstoff von oben erreicht. Geforderte Prozess Varianten: - FSW - Friction Stir Welding (Rührreibschweißen) - SS-FSW - Stationary Shoulder FSW (Stehender Schulter Rührreibscheißen) - Retractable Probe - Zurückziehbahren Schweißstift - BT-FSW - Bobbin tool FSW (Doppelschulter Rührreibschweißen) - SSBT-FSW - Stationary Shoulder bobbin tool FSW (Stehender Doppelschulter Rührreibschweißen) - HBT-FSW- Hybrid Bobbin Tool FSW (Hybrides Doppelschulter Rührreibschweißen) Wo beide Schultern mit unabhängigem Drehzahlen betrieben werden können. - Adititive Friction Stir Deposition (AFSD) (Reibauftragsschweißen mit Schulter) - kontinuierliche Materialführung optional - Optional: Refill Friction Stir Sport Welding (ReFSSW) - Anforderungen (alle Kräfte bezogen auf Werkzeugspitze): - Axialkraft Fz: 100 kN - Kraft in Schweißrichtung Fx bzw. Kraft senkrecht zur Schweißrichtung Fy: radial 35 kN - Drehmoment: min. 1000 Nm - Drehzahl Schweißstift/ Untere Schulter: min. 6000 rpm - Leistung der Spindel: ~70 kW - Axiale Kraft auf den Schweißstift min. +/-35 kN - Einschweißtiefe: 25 mm Rückzug für Zurückziehbaren Schweißstift (eng. retractable probe); separate Stift-Achse - Einstellwinkel: +/- 5° manuell / Automatisiert in x-Achse - Kühlung Werkzeug (2,5 - 3 kW Kühlleistung) - Schutzgaszufuhr - Modul AFSD mind. 35kN für 2 consumables, je mind. 500mm Länge; 10 bis 15mm Durchmesser o Spindel 2 (untere Spindel): - Prozessvarianten: - FSW - Friction Stir Welding (Rührreibschweißen) - SS-FSW - Stationary Shoulder FSW (Stehender Schulter Rührreibscheißen) - Anforderungen: - Axialkraft Fz: min. 100 kN - Kraft in Schweißrichtung Fx bzw. Kraft senkrecht zur Schweißrichtung Fy: radial min. 35 kN - Drehmoment: min 1000 Nm - Drehzahl Schweißstift/ Untere Schulter: min. 6000 rpm - Leistung der Spindel: ~70 kW - Verfahrweg axial: +/- 15 mm - Schutzgaszufuhr - Kühlung Werkzeug (2,5 - 3 kW Kühlleistung) Steuerung und Sensorik - Kraft- und Wegregelung: Kraftgeregelter Schweißprozess (konstanter Anpressdruck oder Tiefenregelung) zum Ausgleich von Toleranzen (Spaltkraft gesteuerter Prozess für FSW Prozessvarianten; Kraft-geregelter Vorschub für AFSD Verbrauchsmaterial) - Temperaturregelung: Anpassung Drehzahl in vorgegebenen Drehzahlbereich - Sensoren: o Temperatur: - Spindel 1 (obere Spindel): 3 Temperaturmessstellen im Werkzeug - Spindel 2 (untere Spindel): 2 Temperaturmessstellen im Werkzeug - 4 statische Kanäle an obere Spindeleinheit - 4 statische Kanäle an unterer Spindeleinheit - 20 statische Kanäle frei verfügbar am Tisch o Position, Kraft, Drehzahl, Drehmoment: - Mitschreiben der Koordinaten der Achsen - Kraftmessung (x, y, z) für oberes, bzw. Kraftmessung (u, v, w) für unteres Spindelmodul - Kraftmessung in z-Richtung für Stift-Achse - Drehzahl und Drehmoment für oberes und unteres Spindelmodul o Beschleunigungssensor am oberen Spindelmodul für alle 3 Achsrichtungen o Messung Kühlleistung/Durchfluss/Temperaturen o Durchflussregelung für Schutzgas o Messung Energieverbrauch der Anlage o 10 zusätzliche Signale für prozess-/qualitätsrelevante Daten und Informationen synchronisiert mit Prozesszeit - Prozessüberwachung: o Optional: optische Kamera oberes und unteres Werkzeug (live-Überwachung und Aufzeichnung) o Optional: Nahtverfolgungssystem für obere und untere Spindel o Optional: Infrarot-Kamera für Stahl-Werkstoffe für oberes und unteres Werkzeug - Steuerung (CNC) frei programmierbarer g-code Sonstiges: - Anlieferung - Mitarbeiterschulung - Vorabnahme beim Hersteller (FAT), mit Hereon eigenen Material, ca. mind. 1 Woche - Inbetriebnahme und Endabnahme am Hereon - Option Fernwartung Remotezugriff - CE - 2 Jahre Gewährleistung / Garantie, in der ein technischer Support enthalten ist - Optional: im Anschluss an den Gewährleistungszeitraum ein 3jähriger Wartungsvertrag in der ein technischer Support enthalten ist