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Kraft
500
N
0
6.2 Theoretisches Prozesskraftmodell für das Rührreibschweißen
-250
F
x
F
y
-500
0,00 0,05 0,10
Zeit
s 0,20
Abbildung 6-22: Nach theoretischen Prozesskraftgleichungen berechnete Prozesskraftverläufe
von Fx und Fy und spektrale Zusammensetzung
von Fx, (n = 1400 min -1 -> Rotationsfrequenz =
23,33 Hz, f = 0,25 mm, k = 0,03 mm, Ettat = 0,1 mm, St =
2,5 mm, rs = 6 mm, rp = 2,5 mm, fiktiver Werkstoff mit kFSW =
100 N/mm³)
6.2.3.4 Integration der Kraftkomponente in Werkzeug-Achsrichtung
Die Rücküberführung des zweidimensionalen auf einen dreidimensionalen Fall
durch Integration der Kraftkomponente in Werkzeug-Achsrichtung komplettiert
das bestehende Modell. Auch hier kann der Zerspanungsprozess als Vorbild dienen.
Dort hat der Einstellwinkel κ der Werkzeugschneide großen Einfluss auf die
Ausprägung der Passivkraft in Werkzeug-Achsrichtung. Dies kann auf die Werkzeuge
zum Rührreibschweißen übertragen werden. Hierbei sind konische Pinformen
ebenso zu nennen wie abgerundete oder angefaste Werkzeugschultern.
Die Kräfte in und quer zur Schweißrichtung wirken dabei auf das Werkzeug und
drücken es über die geneigten Flächen aus der Schweißnaht heraus (siehe Abbildung
6-23). Sie wirken anteilig entsprechend der Werkzeuggeometrie als Flächenlast
(fx, fy) und haben entsprechende Anteile in Werkzeug-Achsrichtung (fz)
zur Folge, die sich zur Gesamtkraft Fz summieren.
Zur Berechnung des Kraftverlaufs werden die Kräfte in und quer zur Schweißrichtung
addiert und mit einem Faktor kFSW,z, der die Geometrie des Werkzeugs
beinhaltet, verrechnet. kFSW,z gibt demnach das Verhältnis der Kräfte in x- und y-
Richtung und der Kraft in z-Richtung an. Der genaue Wert dieses Faktors ergibt
sich neben den geometrischen Bedingungen auch aus den Kontakt- und Reibungsverhältnissen
am Werkzeug und ist demnach, ähnlich wie der bereits eingeführte
Faktor kFSW, von vielen Randbedingungen abhängig.
103
Amplitude
160
N
80
40
F x
0
0 25 50 s 100
Frequenz