Bearbeitungszentren als «grüne» Schweisszelle

Wenn es gilt, hochwertige, lunkerfreie und dichte Schweissverbindungen mit hervorragenden Ermüdungseigenschaften zu erzeugen, ist Rührreibschweissen eine gute Wahl. Entsprechend wird dieses Verfahren gerne im Behälterbau, Schiffsbau sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt. Ausserdem etabliert sich diese Verbindungstechnologie zunehmend in der Elektroindustrie und im Automobilbau mit dem Wachstumsmarkt E-Mobility – beispielsweise zum Verschweissen von Batteriegehäusen. Laut HELLER-Geschäftsführer Dieter Drechsler spielt sie in allen Anwendungsbereichen mehrere Vorteile aus.
Erstens: Die Qualität ist sehr hoch. Dank des vergleichsweise geringen Wärmeeintrags entsteht im Material ein sehr feinkörniges Gefüge ohne Risse oder Poren. Der Verzug im Bauteil ist minimal. So erfüllt die Schweissnaht höchste Anforderungen an Dichtigkeit und Crashverhalten.
Zweitens gelten diverse Umwelt- und Gesundheitsaspekte als wichtige Pluspunkte, weshalb das Rührreibschweissen auch als grüne Technologie bezeichnet wird. Gründe dafür: Gegenüber klassischen Schweissverfahren entstehen während des Verbindungsprozesses keine gefährlichen Lichtblitze oder gesundheitsgefährdende Rauchgase, die abgesaugt werden müssten. Darüber hinaus fällt die Umweltbilanz des Verfahrens dank des geringen Energieverbrauchs sehr günstig aus.

Hohe Wirtschaftlichkeit durch BAZ-Integration
Drittens: Die hohe Wirtschaftlichkeit schlägt als echter Gewinnfaktor zu Buche. Da keinerlei Verbrauchsmaterialien wie Fülldraht oder Schutzgas erforderlich sind, entstehen nur minimale Verbrauchskosten.
Besonders interessant wird das Schweissverfahren durch die erfolgreiche Integration in moderne Werkzeugmaschinen von HELLER. Dadurch sparen Anwendende einen zusätzlichen Arbeitsgang und benötigen ansonsten nur die kostengünstigen Werkzeuge, die Freischaltung des HELLERTechnologiezyklus und die «adaptive control Funktion» in der Sinumerik 840D sl.
Die Schweissbahn kann der Maschinenbedienende einfach am CNC-Bedienpult via G-Code programmieren. Auch die Übernahme von CAD/CAM-Daten ist hierfür problemlos möglich. Um den Schweissprozess zu starten, müssen zudem die wichtigen Parameter Druck und Drehzahl bestimmt werden. Diese hängen unter anderem von Faktoren wie der Materialzusammensetzung sowie von der benötigten Art und Tiefe der Schweissnaht ab. Wie Drechsler sagt, liegt in dieser Aufgabe eine gewisse Herausforderung. Aber: «Auf Wunsch unterstützen hierbei natürlich unsere erfahrenen Fachleute. Und erste Pilotprojekte haben gezeigt, dass die Maschinenbedienenden unserer Kunden auch sehr schnell alleine damit klarkommen.»
Einmal festgelegt, lassen sich Druck und Drehzahl über einen Zyklus aufrufen. Ist der Schweissprozess gestartet, protokolliert die Siemens CNC den kompletten Ablauf und steuert zuverlässig das Einhalten aller Parameter selbstständig. Früher notwendige «Kraftmessdosen» sind obsolet.
Dabei ist die Vielfalt der Schweissvarianten ziemlich gross. Neben klassischen Stumpfstossverbindungen sind auch Eck- und T-Stoss möglich. Selbst Überlappungsstösse – einfach, mehrfach und als T-Variante – lassen sich problemlos realisieren.

So funktioniert Rührreibschweissen
Beim Rührreibschweissen taucht das stiftähnliche, rotierende Werkzeug mit hoher axialer Kraft soweit in den Spalt zwischen den zu verbindenden Bauteilen ein, bis die sogenannte Werkzeugschulter auf der Oberfläche des Bauteils aufliegt. Die bei diesem Prozess entstehende Reibung erwärmt und plastifiziert schliesslich das Bauteilmaterial. Im Ergebnis vermischen und verbinden sich die Werkstoffe der Bauteile im Fügespalt miteinander. Nun wird das weiterhin rotierende Werkzeug mit gleichbleibendem Anpressdruck entlang des Fügespalts bewegt, das Material wird stetig plastifiziert und vermischt sich um den Werkzeugpin herum. Eine hochwertige Schweissnaht entsteht. Am Ende der vorgesehenen Schweissnaht stoppt die Vorschubbewegung und das Werkzeug wird aus der Fügezone gehoben.

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