SB_20809BRLP

Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung 52
1 Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung
1.1 Anlass für den Forschungsantrag
Reibschweißen ist ein vielfach genutztes Pressschweißverfahren nach DIN EN ISO 4063 mit erheblichem
Innovationspotenzial [1]. Beim kontinuierlich angetriebenen Prozess wird dabei, wie in
Abbildung 1 dargestellt, ein spindelseitig eingespanntes Werkstück auf konstante Drehzahl beschleunigt
und axial unter Aufbringung eines gewissen Reibdrucks auf das stehende Werk-stück
gerieben [2, 3]. Das Reibschweißverfahren wird aufgrund seiner vielseitigen Vorteile, wozu die
hohe Prozessstabilität, Verbindungsqualität und Positioniergenauigkeit der Schweißteile gehört,
in vielen Industriezweigen, unter anderem im Automobil- und Schiffsbau sowie der Luftfahrtindustrie
eingesetzt. Aufgrund der Relativbewegung und den wirkenden Prozesskräften wird
Reibwärme in der Kontaktfläche erzeugt. Dabei werden die Fügeteile solange gerieben, bis ein
für die stoffschlüssige Verbindung genügend hoher Wärmeeintrag erzeugt wurde. In der letzten
Prozessphase wird die Relativbewegung gestoppt und die Axialkraft auf Stauchkraftniveau erhöht.
In der Stauchphase wird der eigentliche Stoffschluss hergestellt. Dabei wird der erhöhte
Stauchdruck solange aufrechterhalten, bis sich eine Sättigung der Verkürzung einstellt und die
verbindungsbildenden Diffusionsvorgänge abgeschlossen sind.
Abbildung 1: Schematischer Aufbau des kontinuierlich angetriebenen Rotationsreibschweißprozesses
[4]
Beim kontinuierlich angetriebenen Rotationsreibschweißprozess handelt es sich um die Form des
Reibschweißverfahrens, welche den größten industriellen Anwendungsbereich darstellt. Die Parametrierung
des direkt angetriebenen Rotationsreibschweißprozesses erfolgt zumeist anhand
tabellarischer Parameterfenster, wie etwa jene im DVS Merkblatt 2909-2 [5, 6], ausschnittsweise
in Tabelle 1 dargestellt. Der Prozess wird mit Hilfe dieser in Abhängigkeit von den Werkstoffen
und Fügeteilgeometrien durch Vorgabe von Drehzahl, Kraft/Druck sowie Phasenschaltern parametriert.
Die zeitabhängigen Prozessparameterverläufe des klassischen Reibschweißprozesses
können entsprechend der schematischen Darstellung in der linken Abbildung 3 beschrieben werden.
Charakteristisch ist hierbei der Verlauf der Prozessgröße des Reibmomentes, welches
jeweils in der Anreib- und Bremsphase ein lokales Maximum einnimmt. Das Auftreten dieser
Reibmomentenspitzen wird durch die etablierte Prozessparametrierung bedingt und lässt sich
durch die tribologischen und thermodynamischen Wechselwirkungen der Prozessparameter erklären
[4]. Dabei lässt die klassische Prozessführung eine Reduktion der auftretenden Momente
nur sehr begrenzt zu, da die Prozessparameter nur phasenabhängig ohne Einfluss auf das Prozessparameterprofil,
beispielsweise bei den Aufbauzeiten, hinterlegt werden können. Eine er-