Grenzebach auf der Euroblech 2016 Rührreibschweißen – Sauber und dicht! Dabei wird nichts geschmolzen

Übliche Schweißverfahren können Lunker und somit undichte und mechanisch weniger belastbare Bereiche in der Naht verursachen. Mit dem optimierten Rührreibschweißen kommt nun eine Variante ins Spiel, die diese Mängel beseitigt und noch weitere Vorteile bietet. Halle 13, Stand A59.

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Durch Rührreibschweißen (englisch Friction Stir Welding, abgekürzt FSW) lassen sich technisch reine Metalle, Legierungen und Mischverbindungen mit höchster Qualität stoffschlüssig fügen. Neue Automatisierungsmöglichkeiten, wie beispielsweise durch den Einsatz eines Industrieroboters in Verbindung mit einer präzisen Kraftregeleinheit, erreichen höchste Ziele in puncto Qualitätsanforderungen und Effektivität. Und das bei deutlich geringeren Produktionskosten im Vergleich zu konventionellen Schweißprozessen. Während beim Lichtbogenschweißen typischerweise große Mengen an Draht und Schutzgas benötigt werden, erfordert das Rührreibschweißen keine Zusatzwerkstoffe und folglich kein Schutzgas.

Die sich immer weiter steigernden Anforderungen der Branche in Bezug auf Schweißgeschwindigkeit, Oberflächengüte, möglichst geringem Bauteilverzug und hohen Dichtigkeit der Nähte sorgen für eine stetige Weiterentwicklung des FSW-Prozesses.

Neuartige Einsatzfelder erschlossen

Das Unternehmen Grenzebach ist eine international tätige, expandierende Unternehmensgruppe mit eigenen Fertigungsstätten in drei Währungszonen und rund 1500 Mitarbeitern. Zum Grenzebach-Portfolio im Bereich des Rührreibschweißens gehören aber nicht nur die bekannte und vielfach im Feld erprobte Roboterlösung für komplexe Schweißaufgaben im dreidimensionalen Raum, sondern auch Mehrachs-Portalanlagen in unterschiedlichen Dimensionen sowie Einzelmaschinen und Anlagen in den Bereichen Orbitalschweißen und Sonderanlagenbau. Mit diesen Rührreibschweiß-Systemen hat Grenzebach in der FSW-Technologie völlig neue Einsatzbereiche erschlossen und unterstützt damit bereits zahlreiche Anwender bei der industriellen 24/7-Serienproduktion. Im Vergleich zu klassischen Rührreibschweiß-Konzepten, sorgen die schlüsselfertigen Anlagen von Grenzebach insbesondere durch produktspezifische Komplettlösungen für unterschiedlichste Dimensionen und Komplexitäten an Bauteilen beziehungsweise Aufgabenstellungen für viele Vorteile.

Zum gesamtheitlichen Ansatz von Grenzebach gehört außer einer übergeordneten Zellensicherheit und der Lieferung von Vorrichtungen insbesondere auch die Bereitstellung von angepassten Reibwerkzeugen. So werden im Haus entsprechend den spezifischen Kundenanforderungen zum Beispiel auf Prozessgeschwindigkeit oder auch Verschleißfestigkeit getrimmte Werkzeuge, das heißt Reibstifte und Schultern, konstruiert und gefertigt. So ist sichergestellt, dass Schweißanlage und Schweißwerkzeug optimal aufeinander abgestimmt sind und ihren Beitrag zur bestmöglichen Verbindungsqualität liefern.

Übergeordnete Steuerung machts möglich

Die stetige Weiterentwicklung des Verfahrens und der Reibwerkzeuge sind bei Grenzebach fester Bestandteil der Produktstrategie. Das belegen auch verschiedene Patente und Schutzrechte, wie beispielsweise für das Tailored-Blank-Werkzeug für Stumpfstöße an Blechen unterschiedlicher Dicken sowie das Kehlnahtwerkzeug für Öffnungswinkel bis 65°.

Das Herzstück einer jeden Grenzebach-FSW-Anlage ist die übergeordnete Anlagensteuerung, die sogenannte Master-Control-Unit. Mit ihrer Hilfe findet die komplette Prozesslenkung und -überwachung statt. Über diese Bedieneinheit werden Sollwertvorgaben aufgenommen, prozessrelevante Sensorinformationen der Anlage erfasst, Rechenalgorithmen ausgeführt und daraus resultierende Prozesssignale ausgegeben.

Mitunter eine der wichtigsten Informationen dabei ist die Kompressionskraft, welche über ein System aus Kraftaufnehmern hochdynamisch rückgemeldet wird und mit den einzelnen Achsen der Führungsmaschine den Kraftregelkreis darstellt. Diese Anlageneinheit trägt in einem hohen Maß zu der erzielbaren Schweißgüte und Oberflächenbeschaffenheit bei. Dabei wird bei entsprechender Führungsmaschine die absolute 3D-Fähigkeit und sogar das Fügen in Zwangslagen wie in Überkopf- oder Querposition mit geforderter Schwerkraftkompensation ermöglicht.

Werkzeug mit stehender Schulter

Im Hinblick auf das Reibwerkzeug ist beim Rührreibschweißen zwischen den konventionellen Werkzeugen, welche sich durch eine gleichermaßen drehende Schulter- und Stiftgeometrie auszeichnen, sowie neuartigen Werkzeugen mit stehender Schulter deutlich zu unterscheiden!

Denn Grenzebach konzipiert und nutzt vor allem mehrteilige Werkzeugvarianten auf Basis des Prinzips einer stehenden Schulter. Durch die alleinige Rotation des innen liegenden Reibstiftes muss die Schulter nicht länger rotationssymmetrisch ausgebildet sein, sondern kann im Bereich der Kontaktfläche mit dem Blechwerkstoff eine longitudinale (längs gerichtete) Form aufweisen. Derartige Formen erlauben dem Anwender, von schlanken Nähten, hohen Vorschubgeschwindigkeiten und auch dem Engspaltschweißen zu profitieren.

Probeschweißanlagen stehen bereit

Wird die kufenförmige Gleitfläche zudem unter einem gewissen Winkel ausgeführt, so können mit dem Reibwerkzeug auch Tailored Blanks, das heißt Schweißverbindungen an Blechen unterschiedlicher Dicke und Beschaffenheit, ausgeführt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die längs gerichtete Gleitfläche im Flankenbereich geometrisch derart zu verändern, dass auch Kehlnähte per Rührreibschweißen gefertigt werden können.

Durch das Zusammenwirken eines anforderungsgerechten Anlagenkonzepts, maßgeschneiderter Reibwerkzeuge und einer geregelten Prozessführung lassen sich mit automatisierten FSW-Anlagen gleichbleibend hochwertige Schweißnähte erzeugen.

Die Schweißnähte weisen neben besonders guten „inneren Werten“ (Lunkerfreiheit) und den daraus resultierenden sehr gute stoffliche Eigenschaften auch eine hervorragende Oberflächenqualität auf.

Durch den kraftgebundenen und auch -geregelten Fügevorgang kann zudem Einfluss auf die Deformation und damit den verbleibenden Verzug des Bauteils genommen werden, sodass im Vergleich zu anderen Schweißverfahren geringe Bauteilverformungen zu erzielen sind.

Dieser Sachverhalt macht sich besonders bei Komponenten wie Plattenwärmetauschern und Leichtbauelementen positiv bemerkbar, weshalb das Rührreibschweißen zunehmenden Einzug in die unterschiedlichsten Branchen hält und maßgeblich zu effizienten Produktionsprozessen beiträgt.

Am Hauptsitz von Grenzebach in Hamlar in der Nähe von Augsburg, stehen zwei unterschiedliche Versuchsanlagen für kundenspezifische Probeschweißungen und Testversuche bereit, die bereits ab einer Schweißung genutzt werden können. Somit werden Material, Werkzeug und andere Einflüsse frühzeitig aufeinander abgestimmt, um einen optimalen Einsatz beim Anwender zu gewährleisten.

Bekannte Auszeichnungen wie der Euroblech-Award, den man im Rahmen der Euroblech 2014 für das innovativste Produkt in der Kategorie „Verbinden“ erhalten hat, unterstreichen die Besonderheit der kunden- und anwendungsspezifischen Grenzebach-Reibwerkzeuge. MM

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