newsletter - iwb - TUM

geringe Anlagenkosten entstehen. Das in
der Literatur bekannte Prozessmodell ist
relativ gut verifiziert und ausreichend genau
für die Prozesssteuerung, Abb. 2.
Das Schwungradreibschweißen wird
hauptsächlich dann verwendet, wenn
kurzfristig eine hohe Energiedichte benötigt
wird, die mit einem herkömmlichen Motor
nicht wirtschaftlich bereitgestellt werden
kann. Die Schwungmassen werden über
einen kleinen Antrieb auf Solldrehzahl beschleunigt.
Dadurch wird die Energie kurzfristig
gespeichert und für den Prozess bereitgestellt.
Beide Prozessmodelle unterscheiden sich
im Verlauf zum einen durch die Drehzahlkurve
und zum anderen durch den Momentenverlauf,
siehe Abb. 2, 3.
Ziel: Winkelgenaues
reibschweißen mit dem
Schwungradverfahren
Das Ziel, auch mit dem Schwungradverfahren
drehlagenrichtig verschweißte Bauteile
zu erhalten, erfordert einen steuernden
iwb Newsletter 3 8/2006
Abb. 1: Reibschweißung
in der Erwärmungsphase
oder regelnden Eingriff in den Prozessverlauf.
Dies bedeutet, dass ein eindeutig verifiziertes
Prozessmodell vorliegen muss, um
überhaupt die Wirkung des Eingriffs abschätzen
zu können.
Die bisher bekannten Prozessmodelle für
das Schwungradreibschweißen beruhen
jedoch hauptsächlich auf abgeleiteten
Größen. Üblicherweise wird die Drehlage
γ 1 der rotierenden Spindel mittels inkrementellem
Drehgeber gemessen und über
eine Zählerkarte in eine Drehzahl n umgewandelt,
(1).
n = γ = dγ
dt
Zur Bestimmung des Drehmomentverlaufs,
wird ebenfalls auf die differenzierte Drehlage
zurückgegriffen, (2).
1 Die Drehlage wird mit γ bezeichnet, da
es sich um die Drehung um die c-Achse
handelt.
M = dL
dt
= J · γ¨
Durch das zweimalige Differenzieren einer
bereits mit Ungenauigkeiten behafteten
Größe wird die Ungenauigkeit erhöht, was
hohe Anforderungen an die Messtechnik
stellt.
Weiterentwicklung des
Prozessmodells
In einem ersten Schritt muss das Prozessmodell
modifiziert werden, so dass
mit möglichst geringem Messaufwand die
Realität dargestellt werden kann. Dadurch
wird es möglich, die Auswirkungen eines
Eingriffs zu simulieren.
In einem Schweißversuch konnte gezeigt
werden, dass die kritische Betrachtung des
Drehmomentverlaufs berechtigt ist. Hier
hat sich ein deutlich geringeres maximales
Moment eingestellt, als es sich durch eine
Berechnung nach (2) ergeben hätte.
Weitere Schritte in richtung
Clocking
Für das drehlagengenaue Schweißen wird
sinnbildlich die Lage zweier Zeiger auf der
Uhr verwendet. Diese stehen in jeder Position
in einem bestimmten Winkel zueinander.
Da hier ein ähnliches Ziel verfolgt
wird, wird im Allgemeinen beim drehlagengenauen
Verschweißen auch von „Clocking“
gesprochen.
Um das Ziel „Clocking“ zu erreichen, wird
in weiteren Schritten die Abhängigkeit zwischen
Momentenverlauf und Drehzahlverlauf
untersucht. Weitere Einflüsse wie
die Veränderung der Reibbeiwerte in Abhängigkeit
von der Temperatur oder dem
Prozessfortschritt müssen in das Prozessmodell
integriert werden. Auf dieser Basis
kann dann eine entsprechend schnelle Regelung
das Clocking ermöglichen.
Axel Pöhler
Abb. 2: Prozessmodell kontinuierliches Reibschweißen Abb. 3: Prozessmodell Schwungradreibschweißen