Ressourceneffizienz durch Rührreibschweißen

Veröffentlicht: 20.12.2018

Zusammenfassung: Das Rührreibschweißen ist eine vergleichsweise energiesparende und umweltverträgliche Fügemethode, die sich insbesondere für Leichtmetalle eignet. In diesem Beitrag finden Sie eine einführende Beschreibung.

Ressourceneffizienz durch Rührreibschweißen

 

Wie bereits vielfach dargestellt, sind Material- und Energieeffizienz nicht unabhängig voneinander zu verstehen. Ein prägnantes Beispiel hierfür ist der Leichtbau. Er ermöglicht durch die Verwendung neuer, bislang nicht für diesen Einsatzzweck genutzter oder nutzbarer Materialien Energieeinsparungen durch ein geringeres Gewicht. Ein Beispiel sind hochfeste Stähle, von denen für die gleiche Anwendung weniger Material gebraucht wird. Andere bekannte und oft genannte Beispiele sind die Leichtmetalle Aluminium und Magnesium in ihren verschiedenen Legierungen. Besonderes Anwendungspotenzial haben die Kombinationen verschiedener Leichtmetalle in einem Bauteil.

Rührreibschweißen als innovatives Fügeverfahren

Schön und gut und unproblematisch mag man als Laie denken. Aber zur Herstellung solcher sogenannter Hybridstrukturen sind geeignete, belastbare und damit nachhaltige Fügeverfahren notwendig. Denn das Fügen mit den üblicherweise eingesetzten Schmelzschweißverfahren ist technisch nicht möglich, setzt es doch gleiche Schmelzbereiche der verschiedenen Werkstoffe voraus. Ein weiteres großes Problem in der Praxis ist die oft geringe Verbindungsfestigkeit.

Eine Lösung ist das innovative Rührreibschweißverfahren (englischsprachig Friction Stir Welding und abgekürzt FSW), beispielweise zum Fügen von Aluminiumguss mit Magnesiumgusslegierungen. Es wurde Anfang der 1990er Jahre in England entwickelt und hat sich seit seiner Erfindung schnell als ein besonders leistungsfähiges Fügeverfahren erwiesen. Es sei folgend skizziert:

Das Rührreibschweißen ist ein sogenanntes Pressschweißverfahren, bei dem ein zylindrisches Werkzeug verwendet wird. Aus ihm ragt ein profilierter Rührstift, auch Pin genannt, heraus. Das Werkzeug wird rotierend in den Stumpfstoß der auf einer Unterlage fixierten Fügepartner eingedrückt und entlang der Fügelinie geführt. Wesentlicher Unterschied zum Reibschweißen ist, dass die notwendige Reibungswärme zur lokal begrenzten Plastifizierung des Werkstoffbereichs in der Fügezone nicht durch Relativbewegung zwischen den Fügeteilen, sondern durch die Reibung der Schulter des Schweißwerkzeugs auf der Fügeteiloberfläche erzeugt wird. Die Geometrie der Fügeteile ist daher beim Rührreibschweißen weitgehend frei wählbar. Weitere wichtige Vorteile des Verfahrens sind, dass keine Zusatzwerkstoffe benötigt werden und dass es aufgrund des niedrigen Energiebedarfs und der nicht vorhandenen Rauch- oder Dampfentwicklung gut umweltverträglich ist.

Das Rührreibschweißen wird bereits erfolgreich im Schiff- und Schienenfahrzeugbau sowie in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Die Fügetemperatur liegt bei artgleichen Verbunden grundsätzlich bei maximal 80 Prozent der Schmelztemperatur des Fügeteilwerkstoffs. Mit dem Rührreibschweißen können insbesondere Werkstoffe gefügt werden, die als nicht oder nur schwer schmelzschweißbar gelten.

Vielleicht gibt es ja auch in Ihrer Produktion ein geeignetes Anwendungsfeld!

Interessierte finden [hier] eine gute schematische Darstellung.