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Tuesday, September 17, 2019, Saal 6 2:30 PM Rührreibschweißen |
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Rührreibschweißmethoden für Anwendungen in der Elektromobilität: Eine vergleichende Gegenüberstellung auf Basis prozesstechnologischer und mechanischer Eigenschaften |
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Michael Grätzel* / TU-Ilmenau, Deutschland Konstantin, Schick-Witte Bergmann/ TU Ilmenau/ Fachgebiet Fertigungstechnik, Deutschland Abootorab Baqerzadeh Chehreh/ TU Dortmund/ Fachgebiet Werkstoffprüftechnik WPT , Deutschland Jean Pierre Bergmann/ TU Ilmenau/ Fachgebiet Fertigungstechnik, Deutschland Frank Walther/ TU Dortmund/ Fachgebiet Werkstoffprüftechnik, Deutschland |
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Die zunehmenden Anforderungen bei der industriellen Umsetzung der Elektromobilität setzen insbesondere im Hinblick auf Bauteilkomplexität sowie dem Einsatz von Leicht- und Mischbauweisen die Verwendung geeigneter Schweißtechnologien voraus. Als grundlegende Entscheidungskriterien gelten hierbei zum Einen wirtschaftliche Gesichtspunkte und zum anderen die prozesstechnologischen Voraussetzungen zu denen auch die realisierbaren mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Schweißnaht zählen. Rührreibschweißverbindungen zeichnen sich unter anderem durch hohe Nahtreproduzierbarkeit, Festigkeitseigenschaften im Bereich des Grundwerkstoffes und der Vermeidung von Poren und Heißrissen aus, durch die eine hohe Dichtheit der Schweißnaht gewährleistet wird. Vor diesem Hintergrund erfährt das Rührreibschweißen (FSW) zunehmenden Einsatz im Bereich der Elektromobilität wobei insbesondere auf das Fügen von Wärmetauschern bzw. Batteriekästen hingewiesen sei. Die Umsetzung des FSW Prozesses basiert auf einem rotierenden Rührreibschweißwerkzeug das sich aus Schulter und Schweißstift zusammensetzt. Dieses dringt unter axialem Druck in die zu fügenden Werkstoffe ein und plastifiziert diese gleichzeitig. Durch die dabei auftretenden Formänderungsmechanismen und Diffusionsprozesse erfolgt schließlich die stoffschlüssige Fügeverbindung mit Feinkorngefüge. Die Ausführung und Steuerung des Rührreibschweiß-werkzeuges kann hierbei mit konventionellem Aufbau (Schulter- und Schweißstift rotieren mit gleicher Drehrichtung und Drehzahl), stehender Schulter (lediglich der Schweißstift rotiert), dual rotierend (Schulter und Schweißstift unabhängig von Drehrichtung und Drehzahl) oder als Doppelschulterwerkzeug (beidseitige Schulter und gleiche Drehrichtung und Drehzahl von Schulter und Schweißstift) realisiert werden. In Abhängigkeit von der Fügeaufgabe beeinflussen die zuvor erwähnten Konzepte allerdings maßgeblich die wirtschaftlichen Gesichtspunkte (z.B. erforderliches Anlagenkonzept, Taktzeit) und gleichermaßen die prozesstechnologischen Eigenschaften wie generelle Anwendbarkeit, Naht- und Oberflächenqualität sowie die mechanischen Eigenschaften. Doch welche Ausführung ist entsprechend der Anwendung anzuwenden? In vorliegendem Beitrag wird das Rührreibschweißen mit konventionellem Aufbau, stehender Schulter und dual rotierend hinsichtlich ihrer prozesstechnologischen und mechanischen Eigenschaften für Anwendungen in der Elektromobilität gegenübergestellt und miteinander verglichen. Grundlage hierfür bildet eine Spindelkonstruktion bei der durch einen zusätzlich integrierten Servomotor Rührreibschweißverbindungen in den zuvor erwähnten Ausführungen für Drehzahlbereiche von bis zu 6000 1/min (Schulter und Schweißstift) umgesetzt werden können. Die Bewertung erfolgte auf Basis der im Prozess wirkenden Kräfte und Momente, statischen und dynamischen Festigkeitseigenschaften (Zug- und Schwingfestigkeit) ebenso wie einer Betrachtung der Kornstruktur durch Metallografie. |