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Tuesday, September 14, 2021, Saal Essen 4:15 PM DVS CAMPUS - Wärmearme Fügeverfahren (Cold Technologies) |
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Entwicklung und Erprobung einer neuartigen Rührreibschweißzange |
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Dominik Walz* / MPA Universität Stuttgart, Deutschland |
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Hochfeste Aluminiumlegierungen werden in der Automobilbranche vermehrt eingesetzt, um das Karosseriegewicht bei gleichbleibender Crashsicherheit zu senken und somit auch die Reichweite elektrischer Fahrzeuge zu erhöhen. Eine große Herausforderung beim Einsatz dieser Werkstoffe stellt das Fügen mit gleichartigen Aluminium- oder anderen Leichtbaulegierungen dar, ohne dabei die herausragenden Festigkeitseigenschaften durch Aufschmelzen bzw. Erstarren zu verlieren. Mit dem Rührreibschweißen steht seit 1990 ein Verfahren zur Verfügung, mit dem es möglich ist höchstfeste Aluminiumlegierungen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften in fester Phase zu verschweißen. Dabei wird ein rotierendes Werkzeug in die zu fügenden Werkstücke eingetaucht und entlang des Fügespalts verfahren. Um die dabei auftretenden, verhältnismäßig hohen Prozesskräfte aufzunehmen, wird üblicherweise ein bauteilangepasster Gegenhalter unterhalb der Werkstücke benötigt. Die Anlagentechnik für das Rührreibschweißen begrenzt sich einerseits auf teure Werkzeugmaschinen mit großem Bauraum, welche robuste und wiederholgenaue Schweißnähte herstellen können. Andererseits werden an Roboter adaptierbare Schweißzangen für das sogenannte Rührreibpunktschweißen eingesetzt. Die Nachteile dieses Verfahrens sind die geringe Festigkeit der Schweißpunkte bei der Verwendung einteiliger Werkzeuge, oder eine geringe Standzeit bei komplexen, mehrteiligen Werkzeugen. Diese negativen Aspekte der bisherigen Anlagentechnik verhindern einen breiteren Einsatz des Rührreibschweißens im Karosseriebau. An der MPA Universität Stuttgart wurde eine neuartige Rührreibschweißzange entwickelt, um die Anforderungen für einen Einsatz im Karosseriebau zu erfüllen. Durch die spezielle, patentierte Kinematik der Schweißzange können kurze, ineinander übergehende Schweißnähte als Polygonzug gefertigt werden ohne dass dafür ein bauteilangepasster Gegenhalter oder komplexe Spanntechnik benötigt wird. Durch die C-Form der Rührreibschweißzange entsteht ein geschlossener Kraftfluss, weshalb der Einsatz an einem konventionellen Industrieroboter möglich ist. In ersten Versuchen wurde die Scherzugfestigkeit verschieden langer Nähte in Überlappkonfiguration untersucht. Darüber hinaus wurden statische Zugversuche und Schwingversuche an ineinander übergehenden Liniennähten durchgeführt, um den Einfluss der Nahtübergänge auf die Verbindungsfestigkeit zu überprüfen. |