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2 Stand von Wissenschaft und Technik
Speziell für den Einsatz im Automobilbau, aber auch für andere Anwendungen
mit kleineren Bauteilen zeigt sich oft, dass sich derartige Maschinen für die Bewerkstelligung
komplexerer Fügeaufgaben nicht eignen. Sie können nicht flexibel
genug an räumlich gekrümmte Schweißbahnen angepasst werden. Spezialmaschinen,
welche die nötige Flexibilität bereitstellen, existieren zwar, sind aber mit
hohen Investitionen verbunden, was ihren wirtschaftlichen Einsatz in der industriellen
Fertigung erschwert. Umbauten, die auf Werkzeugmaschinen basieren
und mit speziellen Schweißköpfen für das Rührreibschweißen ausgerüstet sind,
genügen diesen Anforderungen oft, sind meistens aufgrund der Anbauten aber
nicht mehr für ihre ursprüngliche Aufgabe einsetzbar.
Schon seit der Erfindung des Verfahrens werden deshalb immer wieder Fräsmaschinen
ohne spezielle Schweißköpfe für das Rührreibschweißen eingesetzt. Sie
bieten oft mehrere gesteuerte Achsen sowie drehmomentstarke Bearbeitungsspindeln
und damit die nötigen Voraussetzungen zum Rührreibschweißen. Nachteilig
wirkt sich meist der positionsgeregelte Betriebsmodus aus, der für diese
Maschinen typisch ist. Dies bedeutet, dass sich bei Vorgabe einer bestimmten
Werkzeugposition eine von vielen Faktoren abhängige Werkzeuganpresskraft
einstellt. Geringfügige Abweichungen, z. B. in der Bauteilgeometrie, haben bei
fest eingestellter Werkzeugposition schwankende Eintauchtiefen der Werkzeugschulter
und dementsprechend eine variierende Anpresskraft des Werkzeugs zur
Folge. Außerdem erschwert die unterschiedliche Steifigkeit verschiedener Werkzeugmaschinen
die Übertragbarkeit von Schweißparametern auf unterschiedliche
Anlagen (siehe auch Abschnitt 5.1) (ZÄH & GEBHARD 2009).
In den ersten Jahren nach der Erfindung des Rührreibschweißens wurde trotz des
positionsgeregelten Betriebs oft auf ältere Ständerfräsmaschinen zurückgegriffen
(ANDERSSON & ANDREWS 1999, siehe Abbildung 2-4). Diese Maschinen waren
im Gegensatz zu Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren heutiger Bauart
noch nicht hinsichtlich Leichtbau und hoher Dynamik optimiert und deshalb sehr
steif und robust. Obwohl für einfache Fräsaufgaben oft überdimensioniert, eignen
sich solche Anlagen sehr gut für das Rührreibschweißen, vor allem für hohe Einschweißtiefen,
da mit ihnen Anpresskräfte bis 100 kN realisiert werden können
(SORENSEN ET AL. 2003). Im Laborbetrieb oder für einfache Anwendungen werden
solche Anlagen immer noch eingesetzt. Für komplexere Aufgaben haben
sich zunehmend moderne Bearbeitungszentren (RECORD ET AL. 2004, JENE ET
AL. 2008, EIREINER 2006) durchgesetzt, die die Anforderungen hinsichtlich komplexer
Schweißnahtverläufe und Flexibilität erfüllen (Abbildung 2-4).
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