Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss des Verhältnisses aus Drehrichtung und Geschwindigkeit am FSW-Werkzeug auf die Ermüdungsfestigkeit von Al-Legierungen

Trotz der vielfältigen Vorteile des Rührreibschweißens stellen die auftretenden Kräfte und Momente besondere Anforderungen an Spanntechnik und Werkzeugmaschinen dar, die in kmU zu erhöhten Kosten führen. In Bezug auf den Weltmarkt profilieren sich deutsche Unternehmen auf unterschiedlichen Ebenen, und zwar als Anlagen- und Maschinenhersteller, als Baugruppenhersteller (Spindel und weitere Komponenten), als Werkzeuglieferanten sowie als Endanwender des Verfahrens. Im Rahmen des Vorhabens wird daher die Reduzierung der Kräfte und Momente durch eine separierte Bewegung der Schulter und des Stiftes zueinander verfolgt. Bei dieser Zunahme der Anzahl an Prozessparametern wird ebenso die Entwicklung eines schnellen und geeigneten Prüfverfahrens zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung vorangetrieben. Der verfolgte Ansatz sieht vor, Stift und Schulter unabhängig voneinander bezüglich der Drehzahl und insbesondere der Drehrichtung anzutreiben. Damit verändert sich der Materialfluss signifikant, Überhitzungen unterhalb der Schulter bei zunehmender Dicke können vermieden und Kräfte und Momente reduziert werden. Darüber hinaus wird das Laststeigerungsverfahren zum Ermitteln der Ermüdungsfestigkeit weiterentwickelt mit dem Ziel, die Prozessentwicklung nicht nur auf äußere Merkmale, sondern auf quantitativ belegbare Festigkeitswerte zu stützen. Damit hebt sich das Vorhaben vom jetzigen Stand der Technik ab, da es erlaubt, eine Veränderung des Materialflusses direkt und in kurzer Zeit mit der Ermüdung zu korrelieren.

Die entstehenden Vorteile für kmU sind vielfältig und beziehen sich zum einen auf die Reduzierung der wirkenden Kräfte auf die Werkzeugmaschine, so dass diese einfacher ausgelegt werden kann. Zum anderen ergeben sich für die Endanwender (Kühlkörper, Strukturteile in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie im Fahrzeugbau) völlig andere Szenarien zur Einspannung der Teile und zum Abfangen von Querkräften.

Ergebniszusammenfassung:

• Die Realisierung eines Versuchsstands mit der Drehzahl und Drehrichtung von Schulter und Schweißstift unabhängig voneinander angesteuert werden können.

• Erkenntnisse zur Prozessführung mit gleicher und gegenläufiger Schulterdrehrichtung sowie eine Methodik, mit der die im Prozess wirkenden Kräfte reduziert und gleichzeitig Belastungen auf Bauteile sowie Spann- und Stützstrukturen verringert werden können.

• Grundlegende und systematisch aufbereitete Erkenntnisse bezüglich der erzielbaren Zug- und Ermüdungsfestigkeiten für variierende Blechdicken und Fügewerkstoffe.

• Eine Methodik (Laststeigerungsversuch) zur schnellen und reproduzierbaren Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit von Rührreibschweißverbindungen.

• Eine Strategie zur signifikanten Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit durch Modifikation der Schweißnahtoberfläche (geringe Rauheit) sowie einer gezielten Nachbearbeitung der Schweißnahtoberflächen.

• Ermittlung, Vergleich und Signifikanzanalyse der Ermüdungseigenschaften von Rührreibschweißnähten unter korrosiven Bedingungen (Temperaturwechseltest und Salzsprühnebeltest).