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Seite 2 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 21.624 BR Charakterisierungsverfahren zur Ermittlung des Verschleißes an Schulter und Schweißstift erfolgte in Abstimmung mit dem projektbegleitenden Ausschuss, wodurch eine Anwendbarkeit und entsprechende Übertragung in die industrielle Praxis gewährleistet werden konnte. Die Verschleißuntersuchungen erfolgten auf einer robotisierten und kraftgesteuerten Rührreibschweißanlage der Firma Grenzebach Maschinenbau GmbH. Die Untersuchungen wurden an den Werkstoffen EN AW-6060 (AlMgSi0,5), EN AW-5754 (AlMg3) und EN AC-43000 (AlSi10Mg) für Blechdickenbereiche von 5 mm und 8 mm durchgeführt. Für ausgewählte Versuche erfolgte eine Übertragung der Verschleißuntersuchungen des konventionellen Werkzeugkonzeptes mit rotierender Schulter und rotierendem Schweißstift auf ein zweiteiliges Rührreibschweißwerkzeug rotierendem Schweißstift und mit nicht rotierender Schulter. Zur Bewertung der verschleißbedingten Geometrieabweichungen an Schulter und Schweißstift wurden die Charakterisierung der Schweißverbindungen nach DIN EN ISO 25239 sowie die Ermittlung messbarer Prozessgrößen wie Kräfte und Momente herangezogen. 2. Stand der Technik In Kapitel 2 wird der für den Abschlussbericht erforderliche Stand der Technik unter verschiedenen Gesichtspunkten betrachtet. In 2.1 wird zunächst auf die Grundlagen beim Rührreibschweißen eingegangen. Dabei werden verschiedene Teilbereiche der Grundlagen, entsprechend bisheriger Arbeiten aufgegriffen. Im Anschluss erfolgt in Kapitel 2.2 eine grundlegende Beschreibung des Verschleißes sowie der bisherige Stand der Technik zum Verschleiß an Rührreibschweißwerkzeugen. 2.1 Rührreibschweißen Nach DIN 8580 werden Fertigungsverfahren in sechs Hauptgruppen eingeteilt [4]. Die Hauptgruppe vier definiert das Fügen. Das Fügen ist ein "auf Dauer angelegtes Verbinden oder sonstiges Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken geometrisch bestimmter Form. Dabei wird der Zusammenhalt örtlich geschaffen und im ganzen vermehrt“ [4]. Die Gruppe Fügen durch Schweißen wird nach DIN 8593-6 in die Untergruppen Pressverbindungsschweißen und Schmelzverbindungsschweißen gegliedert [5]. Das Rührreibschweißen zählt nach DIN EN 14610 zum Pressverbindungsschweißen. Als Energieträger wird die Bewegung von Masse zugeordnet [6]. Nach DIN EN ISO 4063 ist das Rührreibschweißen ein eigenständiges Verfahren mit der Prozessbezeichnung DIN EN ISO 4063-43 [7]. Das Rührreibschweißen wurde 1991 am TWI in Cambridge (UK) entwickelt und patentiert [8]. Das Kernelement dieser Technologie ist ein Werkzeug, das durch Rotation und Druck einen reibungsinduzierten Wärmeeintrag generiert [9]. Der Wärmeeintrag bewirkt ein Plastifizieren und damit ein Extrudieren der Werkstoffe unterhalb deren Liquidustemperaturen [10, 11]. Die Fügepartner werden hierbei nicht angeschmolzen, wodurch prozesstechnologische Vorteile gegenüber konventionellen Schweißverfahren resultieren [10].
Seite 3 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 21.624 BR 2.1.1 Prozessbeschreibung Beim Rührreibschweißen wird ein rotierendes, nicht abschmelzendes Werkzeug entlang der Stoßflächen der zu fügenden Bauteile geführt [12, 13]. Durch den reibungsinduzierten Wärmeeintrag wird der Werkstoff zunächst plastifiziert. Aus kombinierter Dreh- und Vorschubbewegung des Werkzeugs wird ein örtliches Verformen des Werkstoffes und damit resultierend eine stoffschlüssige Verbindung erreicht. Die Abbildung 1 zeigt schematisch den Verfahrensablauf des Rührreibschweißens nach DIN EN ISO 25239-1 in der Wannenlage (PA). Werkzeug Drehrichtung des Werkzeuges Abwärtsbewegung des Werkzeuges Schulter Schweißstift Schweißrichtung Aufwärtsbewegung des Werkzeuges Werkstück Schweißnahtoberfläche Endloch Abbildung 1: Verfahrensablauf beim Rührreibschweißen in Anlehnung an [12]. Der Verfahrensablauf wird nach DIN EN ISO 25239-1 in Eintauch- und Verweilphase, Schweißphase und Rückzugsphase unterteilt. Zu Beginn der Eintauch- und Verweilphase wird das vorpositionierte Rührreibschweißwerkzeug in Rotation versetzt und unter konstanter Axialkraft in die Verbindungszone der Bauteile gedrückt. Die Relativbewegung des Rührreibschweißwerkzeugs zu den ortsfesten Fügepartnern generiert zunächst Reibungswärme [14]. Die Eintauchphase des Rührreibschweißwerkzeugs wird dabei solange fortgesetzt bis die Schulter in Kontakt mit der Werkstückoberfläche steht. Dies kann positions- oder kraftgesteuert erfolgen [11]. Die Positionssteuerung ist ein "Verfahren zum Beibehalten der beim Schweißen notwendigen Position des Rührreibschweißwerkzeuges“. Die Kraftsteuerung hingegen ist ein "Verfahren zum konstant halten der für das Schweißen erforderlichen Kraft auf das Rührreibschweißwerkzeug“ [12]. Im Anschluss folgt die Verweilphase. Es handelt sich dabei, um den Zeitabstand zwischen dem Aufliegen der Schulter auf der Werkstückoberfläche und dem Beginn der Schweißphase [12]. Innerhalb dieser Phase kann der erforderliche Wärmeeintrag eingestellt werden. Nach Ablauf der Eintauchund Verweilphase erfolgt der Übergang in die Schweißphase. Innerhalb der Schweißphase wird das Rührreibschweißwerkzeug entlang der Stoßflächen, der zu fügenden Bauteile, geführt [14]. Durch die Betrachtung von Drehrichtung und Bewegung des Rührreibschweißwerkzeugs in Schweißrichtung kann die Schweißnaht in zwei Bereiche eingeteilt werden. Zeigen der Bahngeschwindigkeitsvektor des Rührreibschweißwerkzeuges und der Vektor der Translationsbewegung in eine
Seite 1: 2023 Abschlussbericht DVS-Forschung
Seite 4 und 5: Bibliografische Information der Deu
Seite 6 und 7: Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung
Seite 8 und 9: 7.1 Schlussfolgerungen und Gegenüb

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