Schweißen Rührreibschweißen dreidimensionaler Konturen mit dem Roboter

Autor / Redakteur: Michael F. Zäh und Georg Völlner / Rüdiger Kroh

Leichtbau-Werkstoffe verlangen nach ebenso alternativen Fertigungstechniken. Ein für Aluminium sehr gut geeignetes Fügeverfahren ist das Rührreibschweißen. Dabei stellen Roboter, verglichen mit konventionellen Sonderschweißanlagen, eine kostengünstige Alternative dar, um auch komplexe Nahtverläufe zu realisieren.

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Bild 1: Rührreibschweißen eines Flugzeug-Rumpfsegmentes mit dem Roboter. Die Roboteranlage wurde in Zusammenarbeit mit EADS Innovation Works, München, und Kuka Roboter GmbH, Augsburg, aufgebaut und ist Eigentum der EADS Innovation Works.
Bild 1: Rührreibschweißen eines Flugzeug-Rumpfsegmentes mit dem Roboter. Die Roboteranlage wurde in Zusammenarbeit mit EADS Innovation Works, München, und Kuka Roboter GmbH, Augsburg, aufgebaut und ist Eigentum der EADS Innovation Works.
( Archiv: Vogel Business Media )

Im Verkehrswesen können durch die Reduktion der Fahrzeugmasse Einsparungen im Treibstoffverbrauch erzielt werden. Um dies zu erreichen, bietet sich neben einer optimierten Bauteilgestaltung auch die Verwendung alternativer Werkstoffe mit geringerer Dichte an. Häufig sind dies Aluminiumwerkstoffe, die bereits bei Fahrzeugen im Premiumsegment eingesetzt werden.

Aluminiumlegierungen gelten als konventionell schwer oder nicht schmelzschweißbar

Die Verwendung dieser Werkstoffe zieht jedoch auch neue Herausforderungen hinsichtlich der einzusetzenden Fertigungstechniken nach sich. So gelten viele Aluminiumlegierungen aufgrund ihrer Heißrissanfälligkeit und ihrer Neigung zur Porenbildung als konventionell schwer oder nicht schmelzschweißbar. Daher müssen bei der Einführung solcher Werkstoffe alternative Fertigungstechniken untersucht und angewendet werden.

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Das Rührreibschweißen (englisch: Friction Stir Welding, FSW) bezeichnet ein Fügeverfahren, das zwei Werkstoffe unterhalb ihres Schmelzpunktes stoffschlüssig miteinander verbindet. Dabei kommt ein verschleißfestes, rotierendes Werkzeug zum Einsatz, das während des Schweißprozesses unter hoher Anpresskraft über die Fügepartner geführt wird. Aluminium und dessen Legierungen sind besonders für dieses Fügeverfahren geeignet.

Mit Rührreibschweißen werden sehr gute Nahtqualitäten erreicht

Darüber hinaus können im Vergleich zu konventionellen Schweißverfahren sehr gute Nahtqualitäten erreicht werden, weil der Wärmeeintrag in die Fügepartner verhältnismäßig gering ist. Neben vielen Vorteilen hinsichtlich Robustheit, Verzug, Nahtvorbereitung und Abschirmung bietet das Verfahren die Möglichkeit, unterschiedliche Legierungen in verschiedenen Dicken miteinander und ohne Schweißzusatzwerkstoffe zu fügen.

Dennoch resultiert ein Nachteil des Rührreibschweißens aus dem hohen Kraftbedarf, mit dem das Werkzeug auf die Fügepartner gepresst werden muss. Häufig wird daher auf Sonderschweißanlagen zurückgegriffen, die aufgrund ihrer sehr steifen Bauweise diese Kräfte bereitstellen können. Diese liegen je nach Anwendung im ein- bis zweistelligen kN-Bereich.

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