Projektdaten

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Strategie zur Skalierung des Rührreibschweißens unter besonderer Berücksichtigung der Werkzeug/Werkstoff Wechselwirkung

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Das Rührreibschweißen hat sich durch seine zahlreichen Vorteile, z.B. gegenüber Schmelzschweißverfahren, zu einem potenzialreichen Schweißverfahren entwickelt und findet heute Anwendung in den verschiedensten Industriebereichen. Jedoch ist die Umsetzbarkeit im konkreten Fall stark von der Anlagentechnik und Werkzeugauslegung abhängig. Letztere basiert zurzeit weitestgehend auf Erfahrungswerten, ohne dabei die Wechselwirkungen im Prozess fundiert zu betrachten. Aktuelle Werkzeuge weisen oft ein Verhältnis Schulterdurchmesser/Blechdicke deutlich größer 1 auf, woraus teilweise starke Einschränkungen der Prozessführung resultieren. Dies betrifft zum einen die Zugänglichkeit bei der Bearbeitung komplexer Bauteile, zum anderen wird bei großen Werkzeugen ein großes Werkstoffvolumen erwärmt und umgeformt. Bei Bauteilen mit lokal verjüngten Querschnitten kommt es so zu hohen thermomechanischen Belastungen und makroskopischer Verformung bzw. wirken die auftretenden Kräfte bei hohen Materialstärken auch auf die Anlagentechnik, welche entsprechend steif ausgelegt werden muss. Außerdem resultiert aus dem erwärmten Volumen trotz niedriger Lokaltemperaturen eine große Wärmeeinflusszone und hoher Verzug nach dem Schweißen. Diese Einschränkungen stellen aus Anwendersicht wichtige Faktoren für die Umsetzungsentscheidung dar. Hier setzt das Forschungsvorhaben mit einer fundierten Betrachtung realisierbarer Werkzeugdimensionen (Durchmesser/Materialstärke) unter Anpassung der Prozessgrößen an. Dem Ansatz liegt zugrunde, dass durch Abstimmung der skalierungsbedingten Wechselwirkungen zwischen Werkzeugdurchmesser, Wärmebilanz, Prozesskräften und -parametern schlanke Nähte bei konstanter Verbindungsqualität und Vorschubgeschwindigkeit realisiert werden können, um so den aktuellen Anforderungen an Zugänglichkeit, Bauteiltoleranz und –belastbarkeit Folge zu leisten. Somit trägt das Vorhaben zu einer weiteren Etablierung des Verfahrens und einer Effizienzerhöhung, gerade im kmU-Bereich, bei.