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über eine Kraftmessplattform direkt am Ort
des Prozesses oder über einen im Aktor integrierten
Sensor. In diesem Fall wird die wirkende
Prozesskraft auf der Basis der modalen
Ersatzmodelle berechnet. Das Übertragungsverhalten
zwischen Aktor und Werkzeug
bzw. Aktor und Einspannung wird moduliert
und ergibt dann die Aktorkraft, die
der Deformation durch die Prozesskraft entgegenwirkt.
Durch die Regelung des Aktorspannungssignals
kann diese Kraft mit hoher
Genauigkeit eingestellt und variiert werden.
ausblick
Die bisherige Arbeit soll um weitere Aktorprinzipien
und Aktorgeometrien erweitert
werden. Hierzu müssen alle Punkte des
Knotenmodells berücksichtigt werden, da
beispielsweise ein Aktor mit einer Gegenmasse
theoretisch an allen Strukturpunkten
angreifen kann.
Mit der Verallgemeinerung der Methodik ist
eine Systematisierung des Einsatzes von
Adaptronik für Werkzeugmaschinen mög-
lich. Für die Konstruktion ist es von großem
Vorteil, die Integration von aktiven Komponenten
anhand von Knotenmodellen bzw.
vereinfachter FE-Modelle zukünftig automatisiert
beurteilen zu können.
Deshalb ist das Forschungsziel die entwickelten
Programme in der industriellen
Entwicklung von Werkzeugmaschinen zur
Anwendung kommen zu lassen.
Haitham Rashidy
Matthias Waibel
reibschweißen – auf dem Weg zu einem besseren
Prozessverständnis
Für das reibschweißen sind zwei unterschiedliche Prozess- und anlagentypen
bekannt. Zum Schwungradreibschweißen sind im Gegensatz zum kontinuierlichen
reibschweißen nur wenige Untersuchungen verfügbar. durch das geringe
Wissen zum schwungradgetriebenen Prozess ist ein definierter regelnder
Eingriff in die Schweißung bisher nicht möglich. Mit dem ausbau der kenntnisse
zum Schwungradreibschweißen und dem aufbau eines entsprechenden
Prozessmodells kann dieses defizit behoben werden. auf der Basis eines ausreichend
abgesicherten Prozessmodells kann das Schwungradverfahren zu
einem Verfahren für das drehwinkelgenaue Verschweißen von vorbearbeiteten
Bauteilen erweitert werden.
In Zusammenarbeit mit MTU Aero Engines
GmbH und Kuka Schweissanlagen
GmbH bearbeitet das iwb, gefördert durch
die Bayerische Forschungsstiftung, ein
Projekt zur Untersuchung des Reibschweißens.
Ziel ist es, Fertigteile vornehmlich im
Bereich der Luftfahrttriebwerke, zu verschweißen
und dadurch neue Möglichkeiten
für den Triebwerksbau zu eröffnen
und Kosten einzusparen.
anwendungsbereich und
aktuelle Entwicklungstrends
Das Reibschweißen bietet den Vorteil, dass
Werkstücke mit unterschiedlichen Geometrien
und Durchmessern stoffschlüssig
miteinander verbunden werden können.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit,
unterschiedliche Werkstoffe miteinander zu
verbinden, so z. B. ein Turbinenläuferrad
aus einer warmfesten Nickellegierung mit
einer Welle aus Einsatzstahl.
Aufgrund dieser wichtigen Vorteile findet
das Reibschweißen Anwendung im Automobilbau
sowie in der Luftfahrtindustrie.
Wegen zunehmendem Einsatz warmfester
Werkstoffe wächst das Interesse an
Reibschweißverfahren. Häufig werden jedoch
neue Werkstoffkombinationen gefügt,
was aufgrund fehlender Daten eine
neue Untersuchungsreihe notwendig
macht, um die Schweißparameter zu ermitteln.
Um Fertigteile präzise zu verschweißen,
muss nicht nur die Ausrichtung entlang
der Achse zu kontrolliert werden, sondern
auch die Drehlage um die Achse. Dies ist
notwendig, da bereits gefertigte, nicht rotationssymmetrische
Konturen eine zueinander
vorgegebene Lage einnehmen müssen.
Entsprechendes kann für kontinuierliches
Reibschweißen durch geregeltes
Abbremsen der Spindel bereits durchgeführt
werden. Für das in der Luftfahrtindustrie
meist angewendete Schwungradreibschweißen,
ist entsprechendes noch nicht
realisiert. Die Drehlage nach dem Schweißen
ist nicht definiert, da der Prozess erst
zum Stillstand kommt, wenn die Rotationsenergie
aufgebraucht ist.
Prozessablauf für das
reibschweißen
Zwei Werkstücke werden in einem fest stehenden
und in einem rotierenden Spannfutter
eingespannt und die Schweißflächen
miteinander in Kontakt gebracht. In
der Einreibphase werden bestehende Unebenheiten
entfernt und die Flächen passen
sich gegenseitig an. Durch Reibung
wird in der Erwärmungsphase Wärme in
die Schweißflächen eingebracht (Abb. 1)
und es stellt sich ein konstantes Gleichgewicht
ein. Die Abbremsphase ist durch
einen Anstieg des Reibmoments und eine
kontinuierlich sinkende Drehzahl in Verbindung
mit dem Anstieg des Reibmoments
gekennzeichnet. In der letzten Phase wird
während dem Nachstauchen aus der bereits
vorhandenen Verbindung ein homogener
Stoffschluss hergestellt.
Zwei unterschiedliche
Prozessverläufe
Das kontinuierliche Reibschweißen ist weiter
verbreitet als das Schwungradreibschweißen.
Der hauptsächliche Vorteil
besteht darin, dass die Rotationsenergie
durch einen zusätzlichen Antrieb eingebracht
wird und dadurch verhältnismäßig
BErIChtE
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iwb Newsletter 3 8/2006