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Beim Rundreibschweißen dreht sich ein Teil gegen ein stehendes Gegenstück, während Druck aufgebracht wird, wodurch durch Reibungshitze ausreichende Wärme entsteht, um runde Teile miteinander zu verbinden. Dies eignet sich hervorragend für Bauteile wie Antriebswellen, Rohrabschnitte und andere runde Komponenten in Fahrzeuggetrieben. Beim linearen Reibschweißen bewegen sich die Teile stattdessen horizontal hin und her, wodurch feste Verbindungen auch bei ungewöhnlichen Formen möglich sind, wie beispielsweise den Turbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken oder verschiedenen Tragstrukturen. Dann gibt es das Rührreibschweißen, oft als FSW bezeichnet, bei dem ein spezielles Werkzeug dreht, jedoch das Metall nicht schmilzt. Stattdessen wird das Material lediglich soweit aufgeweicht, dass es an der Fügestelle vermischt wird. Diese Technik hat sich in Branchen, die mit Aluminiumblechen für Flugzeugaußenhüllen oder materialien arbeiten, die durch hohe Temperaturen beschädigt werden können, großer Beliebtheit erfreut. Alle diese Verfahren bewahren die metallischen Materialeigenschaften, während sie unterschiedliche Herausforderungen hinsichtlich geometrischer Anforderungen, Temperaturgrenzen und der tatsächlich möglichen Materialkombinationen erfolgreich lösen.
Reibschweißsysteme, die mit geringen Kraftniveaus arbeiten, ermöglichen präzise thermische Kontrolle, da sie nur 2 bis 10 Prozent der Kräfte im Vergleich zu herkömmlichen Methoden benötigen, während sie Drehzahlen von deutlich über 5.000 U/min beibehalten. Das Ergebnis? Deutlich kleinere wärmeeinflusste Zonen und nahezu keine Ververrungen bei empfindlichen dünnwandigen Bauteilen mit einer Dicke unter 3 mm. Für Hersteller medizinischer Geräte bedeutet dies, vollständig dichte Titan-Batteriegehäuse herzustellen, die während kritischer Operationen nicht versagen. Elektronikhersteller hingegen profitieren bei der Fertigung von Kupfer-Wärmetauschern, bei denen bereits geringe Verformungen die elektrischen Verbindungen oder die Dichtigkeit der Verbindungen zwischen Bauteilen beeinträchtigen könnten.
Reibschweißen eignet sich hervorragend zum Verbinden von Materialien, die normalerweise nicht gut miteinander verträglich sind, ohne dabei die lästigen spröden intermetallischen Phasen zu erzeugen, die bei herkömmlichen Schweißverfahren so häufig auftreten. Nehmen wir beispielsweise Elektrofahrzeuge: Ihre Antriebsstränge nutzen Aluminium-Stahl-Verbindungen, die tatsächlich etwa 95 % der Festigkeit der ursprünglichen Materialien erreichen. Auch die Luft- und Raumfahrtindustrie ist bereits sehr clever geworden und setzt Reibschweißen bei Titan- und Nickel-Turbinenschaufeln ein, wo jedes Gramm zählt. In den Ölfeldern verlassen sich die Arbeiter auf diese Technik, um Kupfer- und Aluminiumverbindungen in Bohrlochausrüstungen und Rohren herzustellen, da herkömmliche Schweißnähte dort zu schnell korrodieren würden. Möglich machen all diese Anwendungen die Flexibilität der Verbindungen und ihre Fähigkeit, wiederholten Belastungen standzuhalten – eine entscheidende Voraussetzung, wenn Bauteile Tag für Tag unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren müssen.
Die Direktantriebstechnologie ersetzt herkömmliche hydraulische Aktuatoren durch leistungsstarke Servomotoren in Kombination mit elektromechanischer Kraftsteuerung. Diese Konfiguration ermöglicht äußerst konsistente Ergebnisse bis auf den Mikrometerbereich genau und eliminiert sämtliche Probleme, die mit dem Zerfall von Flüssigkeiten über die Zeit verbunden sind. Der Wartungsaufwand sinkt um etwa 40 Prozent im Vergleich zu älteren Systemen, und Maschinen bleiben rund 95 % der Zeit betriebsbereit, was bei langfristigen Betrachtungen beeindruckend ist. Zwar können hydraulische Systeme anfänglich eine höhere Kraft liefern und in der Regel mit geringeren Anschaffungskosten punkten, verursachen über ihre Lebensdauer jedoch ungefähr 30 % höhere Kosten, da Dichtungen verschleißen, Flüssigkeiten degradieren und die Leistung nach längerer Nutzung nachlässt. Bei Projekten, die strenge Standards wie AS9100 oder ISO 15614 erfüllen müssen, verschaffen die äußerst stabile Leistung und detaillierte Kraftaufzeichnungen der Direktantriebe Herstellern einen echten Vorteil in der Qualitätssicherung sowie bei behördlichen Prüfungen.
Die heutigen Steuerungssysteme sind mit integrierten Lastzellen, Drehgebern und Temperatursensoren ausgestattet, die bei jedem Schweisszyklus über 200 verschiedene Faktoren verfolgen. Beispielsweise wird die Schmiededruckkraft mit äusserster Genauigkeit gemessen, wobei eine maximale Abweichung von lediglich 1,5 % gemäss ASTM F2675-22-Norm eingehalten wird. Diese intelligenten Systeme passen sowohl die Drehgeschwindigkeit als auch die aufgebrachte Kraft kontinuierlich in Echtzeit an, wenn mit inhomogenen Materialien gearbeitet wird, wodurch Abfall deutlich reduziert wird. Hersteller berichten von etwa 22 % weniger Ausschuss bei der Produktion von Luft- und Raumfahrtteilen dank dieses adaptiven Ansatzes. Jede einzelne Information wird automatisch in gesicherte, zeitgestempelte Aufzeichnungen gespeichert und erfüllt damit die strengen Anforderungen gemäss AS9100 für Luftfahrtqualität sowie ISO 15614 für Schweissverfahren. Dadurch können Unternehmen sicher sein, dass ihr gesamter Prozess transparent bleibt und jederzeit auf regulatorische Prüfungen vorbereitet ist.
Hinsichtlich der Presskraftkapazität muss diese die Anforderungen übertreffen, die während der Spitzenbelastung beim Schmieden besonders dicker Materialien oder Kombinationen mit maximaler Festigkeitsspezifikation erfordert werden. Dies wird besonders wichtig bei der Verarbeitung von großen Rohrdurchmessern oder bei hohen Festlegierungen, wo Präzision am entscheidendsten ist. Auch die strukturelle Steifigkeit darf nicht außer Acht gelassen werden, da die Verbiegung des Rahmens unter Druck sowohl die Ausrichtungsgenauigkeit als auch die konzentrische Ausbildung der Schweißnähte beeinflusst. Schmiedesysteme mit geschlossener Regelung zur Drucksteuerung können Schmiededrücke innerhalb von etwa plus oder minus 2 Prozent zwischen verschiedenen Chargen stabil halten. Selbst bei Änderungen der Materialhärte oder Oberflächenbedingungen tragen diese Systeme dazu bei, eine gleichmäßige Entwicklung der Kornstruktur und eine ordnungsgemäße Ausbildung fester Bindungen sicherzustellen. Diese Konsistenz erweist sich als entscheidend für Bauteile, die in Fahrzeugrahmen oder Rohrleitungselementen eingesetzt werden, die sich durch verschiedene Entwicklungsphasen – von den ersten Prototypen bis hin zur Serienfertigung – bewegen.
Die ASTM F2675-22-Zertifizierung bedeutet im Wesentlichen, dass eine Maschine ohne Leistungsverlust durch Überhitzung ununterbrochen mit mehr als 60 % ihrer maximalen Kapazität betrieben werden kann. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die einen kontinuierlichen Betrieb erfordern, wie beispielsweise die Herstellung von Luftfahrt-Bauteilen, militärischer Ausrüstung oder Komponenten für die Energieindustrie. Maschinen, die diesen Standard erfüllen, verfügen über spezielle Wärmemanagementlösungen, wie luftgestützte Motorkühlung und Lagerkühlung sowie größere Leistungskomponenten, die einen reibungslosen Betrieb über mehrere Arbeitsschichten hinweg gewährleisten. Die hohe Wärmebelastbarkeit verhindert Probleme mit inkonsistentem Schweißen, die auftreten, wenn sich die Drehgeschwindigkeit der Bauteile oder der Druckaufbau während des Prozesses verändern. Letztendlich sorgt diese Art der thermischen Stabilität dafür, dass die Verbindungen zuverlässig bleiben, und reduziert frustrierende, unerwartete Ausfälle, die Zeit und Geld kosten.
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