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2 Stand von Wissenschaft und Technik
schränken sich BENDZSAK ET AL. (2000) bei der Überprüfung der Simulationsergebnisse
auf den Werkstofffluss und machen keine Angaben über die Leistungsfähigkeit
ihres Modells zur Berechnung von Prozesskräften. CHEN & KOVACEVIC
(2003) entwickelten ein Modell, das auf der klassischen mechanischen Beschreibung
nach Lagrange beruht. Dieses Modell kann aus den entstehenden Spannungen
die Prozesskräfte in Werkzeug-Achsrichtung und senkrecht dazu berechnen.
Durchgeführt wurde dies für verschiedene Drehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten
beim Schweißen einer ausgewählten Aluminiumlegierung. Zur Überprüfung
des Modells wurde an einer Stelle des Versuchsaufbaus eine Kraftmesszelle
integriert und es wurden deren Messwerte mit den Simulationsergebnissen
verglichen. Die Maximalwerte der berechneten und gemessenen Kraftverläufe
stimmen gut überein. Über den kompletten Verlauf treten jedoch teilweise große
Abweichungen auf. COLEGROVE ET AL. (2003) verfolgten einen anderen Ansatz
und entwickelten eine Strömungssimulation. Sie berechneten die Kräfte beim
Rührreibschweißen über die Aufsummierung von Drücken und „viskosen Kräften“.
Dadurch konnten sie einen großen Parameterbereich abbilden sowie die
Abhängigkeiten der Prozesskräfte und des Antriebsmoments von einigen
Schweißparametern qualitativ zufrieden stellend abbilden. Wie bei den meisten
Simulationen in diesem Bereich stimmen die errechneten Kräfte quantitativ jedoch
nicht mit den gemessenen Werten überein. ASSIDI ET AL. (2008) verwendeten
für ihr Simulationsmodell den sog. „Arbitrary-Lagrangian-Eulerian“-Ansatz
(ALE). Dieser verbindet die Beschreibung nach Lagrange aus der Festkörpermechanik
mit der Beschreibung nach Euler aus der Strömungsmechanik. Dies ermöglichte
ihnen neben der Simulation stationärer Zustände auch die Modellierung
von transienten Vorgängen während des Schweißens. So konnten Phänomene
wie das Auftreten von Fehlern und Gratbildung beschrieben werden. Die
Berechnung der Prozesskräfte spielte hauptsächlich bei der Kalibrierung des Modells
eine Rolle. Hierbei wurde der Reibkoeffizient solange verändert, bis die
berechneten Kräfte in Werkzeug- und in Schweißrichtung mit den gemessenen
übereinstimmten.
Neben diesen numerischen Modellen existieren eine Vielzahl von Arbeiten, die
über ausgedehnte Versuchsreihen die Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern
und den Prozesskräften herstellen. Erste systematische und umfangreiche
Untersuchungen wurden von JOHNSON (2001) durchgeführt. Er variierte gezielt
eine Vielzahl von Prozess- und Werkzeugparametern und zeichnete sowohl
die Prozesskräfte in Werkzeug- und Vorschubrichtung als auch das Antriebsdrehmoment
der Spindel auf. Aus den Ergebnissen konnte er grobe Regeln zu
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