Grenzebach auf der Schweißen & Schneiden 2017 Performance-Sprung beim Rührreibschweißen

Höhere Dynamik, höhere Schweißgeschwindigkeiten, geringere Prozesskräfte und nochmals bessere Naht- und Nahtoberflächengüte: Auf der Messe Schweißen & Schneiden in Düsseldorf präsentiert Grenzebach in Halle 9 am Stand 9B73 diese Innovationspalette.

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Der Wandel vom Verbrennungsmotor zu alternativen Antrieben wie Hybrid- und Elektrosystemen treibt im Automobilbau auch den Trend zum Leichtbau ungebremst an. Bei der Entwicklung gewichtsoptimierter Fahrzeugkonzepte kommen deshalb zunehmend Hybridstrukturen und Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium und dessen Legierungen zum Einsatz. Neue Fügeverfahren sowie Maschinen- und Anlagenkonzepte sind gefragter denn je. „Anhand der Anfragen aus dem Markt erkennen wir einen klaren Trend zum Werkstoff Aluminium.

Die gute Fügung für Aluminium und Materialmix

Dabei können wir mit unserer Technologie optimal unterstützen, denn insbesondere beim Fügen von Aluminium und von Mischverbindungen zeigt das Rührreibschweißverfahren seine Stärken“, sagt Michael Sieren, Sales Director Friction Stir Welding bei Grenzebach. Konkrete Anwendungen im Automobilbereich sind das Fügen von Batteriegehäusen und - wannen, Powertrain-Komponenten sowie Wärmetauschern zur Kühlung von Elektronikkomponenten. Automotive bedeutet hohes Produktionsvolumen, kurze Zykluszeiten sind gefragt. Anlagentechnik und Fügeprozesse müssen dynamisch, schnell und prozesssicher sein. Anforderungen, auf die der FSW-Spezialist Grenzebach im Rahmen der Entwicklung der FSW-Maschine und der neuen Schweißkopfgeneration besonders Wert gelegt hat.

Gerührt, aber nicht geschmolzen!

Beim Rührreibschweißverfahren erzeugt ein rotierender, verschleißfester Reibstift Reibungswärme an der Nahtstelle. Das Material wird plastisch verformbar und entlang der Nahtstelle durch den Reibstift verrührt - ohne dabei den Schmelzpunkt der Werkstoffe zu erreichen. Über die Werkzeugschulter wird das plastifizierte Material verdichtet, und es entsteht eine feste, medien- und druckdichte Verbindung zwischen

den Werkstücken.

Im Vergleich zu konventionellen Schmelzschweißverfahren, wie zum Beispiel dem Lichtbogenschweißen, werden beim Rührreibschweißen weder Schweißdraht noch Schutzgas oder aufwändige Abluftsysteme benötigt. Des Weiteren ist die Anwendung vibrations-, geräusch- und emissionsarm und erzeugt keine optische Strahlung.

Grenzebach auf der Euroblech 2016

Rührreibschweißen – Sauber und dicht! Dabei wird nichts geschmolzen

Die kompakte 4-Achs-Maschine wurde speziell für die FSW-Prozessanforderungen entwickelt. Im Vordergrund der Maschinenentwicklung standen eine dynamische und präzise Prozessführung sowie ein intuitives Steuerungs- und Bedienkonzept.

Integrierte C-Achse macht dynamischer

Das Hydropol-Maschinenbett wurde speziell für sehr hohe statische Steifigkeiten, niedrige dynamische Nachgiebigkeit und Verformung ausgelegt und trägt wesentlich zur präzisen Prozessführung bei. Auch bei hohen Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 3 m/min können so Genauigkeiten von +/- 0,1 mm über alle Achsen erzielt werden. Die FSW-Maschine ist verfügbar in zwei Varianten, die sich in der Größe des verfügbaren Arbeitsraumes unterscheiden:

• 1400 mm x 1000 mm x 400 mm (DSM1400);

• 1400 mm x 2400 mm x 400 mm (DSM2400).

Einen wesentlichen Beitrag zur Dynamik des Portalsystems leistet eine integrierte C-Achse, die eine Drehung des Schweißkopfes um bis zu 720° (+/- 360°) ermöglicht. Komplexe Bahnverläufe mit engen Radien, wie sie bei Wärmetauschern oftmals vorzufinden sind, können so deutlich dynamischer und schneller geschweißt werden.

Manuelles oder automatisiertes Be- und Entladen

Ebenso wichtig wie Dynamik und Schweißgeschwindigkeit sind im Hinblick auf die Zykluszeit die schnelle Be- und Entladung der Maschinen. Die neue Maschinengeneration ist modular aufgebaut und um verschiedene Bauteilzuführsysteme erweiterbar, die ein hauptzeitparalleles Be- und Entladen ermöglichen. Die Be- und Entladung der Werkstücke kann sowohl manuell durch den Anlagenbediener als auch automatisiert erfolgen. Falls schwere Baugruppen oder Vorrichtungen manuell in und aus der Maschine bewegt werden müssen, ist dies komfortabel über den Hallenkran möglich.

Die Anlage ist nach oben hin geöffnet, und die Schutztür an der Maschinenvorderseite ist ausreichend groß, um die Zugänglichkeit zum gesamten Arbeitsbereich des Portals zu gewährleisten.

Neben dem Stand-Alone-Betrieb sind die Maschinen DSM1400 & DSM2400 ebenso für die Integration in einen 24/7-Produktionslinien Verbund geeignet. „Wir fügen unsere Technologie direkt in die Automatisierungs-Lösung beim Kunden ein – dabei gilt: Alles aus einer Hand. Werkstückbeschickung und -entnahme werden maßgeschneidert für das Produktionsmodell vor Ort“, sagt Ulrich Rettenmeier, Senior Manager R&D / FSW Projects.

Kleine Anpresskräfte ermöglichen Leichbauanwendung

Im Hinblick auf das Reibwerkzeug kommen bei Grenzebach moderne, mehrteilige Reibwerkzeuge auf Basis einer stehenden Schulter zum Einsatz. Reibstift- und Schulterparameter können separat parametriert und dadurch Rühr- und Verdichtungsvorgänge unabhängig voneinander justiert werden. Ein großer Vorteil, denn die erforderlichen Anpresskräfte können auf diese Weise deutlich reduziert werden, was den Einsatz des Verfahrens auch für Leichtbaukonstruktionen mit sehr dünnen Materialstärken ermöglicht. „Wir passen Reibstift- und Schulterwerkstoffe ebenso wie die Werkzeuggeometrie für die jeweilige Kundenapplikation individuell an, um die bestmögliche Naht- und Nahtoberflächengüte zu erzielen. Aufwändige Nachbearbeitungsschritte wie Entgraten entfallen. Der Kunde spart Prozessschritte – und damit bares Geld“, erläutert Sieren.

Neu: Variable Einschweißtiefe

Eine gänzlich neue Funktionalität der Dynastir-Werkzeug- und Schweißkopfgeneration stellt die Möglichkeit der variablen Einstellung der Einschweißtiefe während des Schweißprozesses dar. Durch diese Funktion können mit einem Werkzeugtyp unterschiedliche Einschweißtiefen am Bauteil realisiert werden, ohne dass ein Werkzeugwechsel vorgenommen werden muss. Darüber hinaus kann das für den Rührreibschweißprozess typische Endloch (Negativ des Reibstiftes) am Nahtende fast gänzlich vermieden werden. Ein großer Vorteil, denn somit muss bei Bauteilen wie beispielsweise Wärmetauschern, die medien- und druckdicht geschweißt werden müssen, auf die Positionierung des Nahtendes keine Rücksicht mehr genommen werden.

Offline-Programmierung stört den Ablauf nicht

Die Programmierung der Anlage erfolgt über eine speziell für den Rührreibschweißprozess entwickelte CAD/CAM Programmiersoftware. Neben der Festlegung der Schweißbahn und der FSW–Prozessparameter kann auch die Programmierung der Ansteuerung von Spannvorrichtungen/ Spannelementen bereits in der CAD/CAM Umgebung vorgenommen werden. Dabei erfolgt die Programmierung offline an einem separaten PC, ohne dabei die Anlage zu blockieren. Das fertige Schweißprogramm kann im Anschluss über USB oder Netzwerkverbindung bequem auf die Anlage gespielt werden.

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