Projekt

Beim Rührreibschweißen wird ein rotierendes, zylindrisches Werkzeug in den Fügespalt gepresst, wodurch Reibungswärme aus der Interaktion des Werkzeugs mit dem Werkstück entsteht. Dabei kommt es durch die Erwärmung zur Ausbildung einer viskoplastische Zone im Bereich des Werkzeugs. Durch Einführung einer Vorschubbewegung werden die Fügepartner entlang des Stoßes verrührt und es entsteht eine Schweißnaht. Das Verfahren wurde maßgeblich auf Werkzeugmaschinen (WZM) entwickelt, die Einsatzzweck-bestimmt positionsgeregelt sind und für die Zerspanung eingesetzt werden. Inzwischen gibt es Sonderentwicklungen, die auf dem Aufbau von Werkzeugmaschinen beruhen und das Verfahren kraftgeregelt ausführen können. Diese sind als Einzweckmaschinen für das Rührreibschweißen optimiert und daher nur sehr bedingt für Zerspanungsaufgaben geeignet. Hierbei ist aber das kraftgeregelte FSW dem positionsgeregelten FSW vorzuziehen, da Schweißfehler minimiert und die Qualität der geschweißten Teile maximiert wird. Eine Kraftregelung ist aber bei WZM im Regelbetrieb nicht nötig und auch nicht implementiert. WZM Hersteller haben dies auch nicht im Angebot, Nachrüstungen sind nicht möglich oder nur als Einzellösungen mit viel Aufwand realisierbar.

Projektziele
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Plattform, die es ermöglicht auf bislang nicht kraftgeregelten Anlagen, eine Kraftsteuerung für das Rührreibschweißen zur Verfügung zu stellen, sodass unabhängig von Maschinensteuerung qualitativ hochwertige Rührreibschweißnähte erzeugt werden können. Die Prozesskraft kann als ein maßgeblicher Prozessparameter verwendet werden und erleichtert (oder ersetzt) das aufwändige Positionieren von positionsgesteuerten Anlagen. Bereits Unterschiede von wenigen zehntel oder hundertstel Millimetern können das Schweißergebnis maßgeblich beeinflussen, da diese die eingebrachten Prozesskräfte stark verändern können.

Lösungsansatz
Die Innovation der in diesem Antrag betrachteten Lösung ist ein Regelkreis, der Maschinen-autark betrieben werden kann. Somit kann jede Werkzeugmaschine, die über die für das FSW Schweißen notwendige Steifigkeit verfügt hiermit nachgerüstet werden. Es muss nicht in die Maschinensteuerung eingegriffen werden und ein FSW-Kit kann auch innerhalb eines Betriebes für mehrere Maschinen (nicht zeitgleich!) eingesetzt werden. Das FSW-Kit umfasst sowohl die Krafterfassung, das Stellglied um die Position des Werkstückes kraftgeregelt zu verfahren, als auch die für das FSW-Schweißen optimierten Steuerung.