UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

Neue Fügetechnik für Bleche

Rührreibschweißen ist ein noch junges Verfahren. Es fügt flächige Halbzeuge und Bauteile aus Leichtmetall. Zwei Varianten erweitern das Einsatzfeld jetzt gewaltig. Erstmals lassen sich mit dem Prozess Stahl- oder Aluminiumbleche unterschiedlicher Dicke wirtschaftlich und vor allem hochfest fügen. 

Der hohen Verbindungsfestigkeit wegen sowie dem daraus folgenden Potenzial für den Leichtbau wird das Rührreibschweißen zunehmend eingesetzt in der Automobilindustrie, im Maschinenbau und im Flugzeug- oder Schienenfahrzeugbau. Zwei Varianten des Verfahrens, die Wissenschaftler an der Universität Stuttgart entwickelt haben, bauen den Anwendungsbereich erheblich aus. Erstmals ist es möglich, Stahl- oder Aluminiumbleche unterschiedlicher Dicke mit dem Rührreibschweißen zu fügen. So lässt sich die Werkstoffausnutzung von dünnen Stahlblechen in Aluminium-Stahl-Mischkarosserien um bis zu 100 %.

Im Fahrzeug- und Maschinenbau werden Stahl und Aluminium zunehmend gemeinsam eingesetzt. Dadurch können die Vorteile beider Werkstoffe kombiniert werden wie die hohe Festigkeit der Stähle und die geringe Dichte von Aluminium. Aufgrund der unterschiedlichen Festigkeiten werden sie oft in unterschiedlicher Materialstärker eingesetzt. Die hochfeste Verbindung der Werkstoffe Stahl und Aluminium stellt daher ein elementares Problem der industriellen Fügetechnik dar. Bislang werden Verbindungen zwischen artfremden Materialien unterschiedlicher Stärke durch Überlappschweißen hergestellt, da mit diesem Verfahren hohe Biegemomente und Zug-Festigkeiten erreicht werden. Dabei können jedoch störende Kanten entstehen. Darüber hinaus besteht durch die direkte Kombination von unterschiedlichen Werkstoffen und den aus der Überlappung resultierenden Spalten eine erhöhte Gefahr für Korrosion. 

100 % mehr Werkstoffausnutzung

Kräftig weitergekommen sind hier die am Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre IMWF und der Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart forschenden Ingenieure und Techniker Stefan Weihe, Martin Werz, Max Hoßfeld und Oliver Volz. Bei dem ersten der von ihnen entwickelten Verfahren wird das Stahlblech so gefalzt, dass sein Fügequerschnitt zur Anbindung an das Aluminiumblech im Bereich der Fügezone verdoppelt wird. Hierdurch wird der Querschnitt des dünneren, festeren Bleches an der Verbindungsstelle erhöht. Dadurch kann das weichere Aluminium über seine gesamte Querschnittsfläche an den Stahl angebunden werden. Mit dem zweiten Verfahren kann in lediglich einem Schweißvorgang durch ein neu entwickeltes Werkzeug eine kombinierte Überlapp- und Stumpfstoßverbindung hergestellt werden. Die resultierende Anbindungsfläche im Vergleich zu konventionellen Stumpfstoßverbindungen mehr als verdoppelt. Die vergrößerte Anbindungsfläche und die hohe Formänderungsfestigkeit des Aluminiums führen zu exzellenten statischen und zyklischen Verbindungsfestigkeiten.

Bei der Verbindung solcher automobiltypischer Werkstoffe werden mit den neuen Verfahren Festigkeiten der Fügestelle bis zu 99,4 % des Stahlblechs erreicht. Damit ermöglichen die neuen Schweißverbindungen die Einsparung von Werkstoffen und erhöhen gleichzeitig die Sicherheit der Fahrzeuginsassen bei Unfällen. Gerade im Schweißprozess erhöhen die neu entwickelten Verfahren die Wirtschaftlichkeit: Sie erfordern weniger Arbeitsschritte und weniger Energie. Neben Anwendungen in der Automobilindustrie ist das Verfahren für die Elektroindustrie interessant oder den Bereich der Elektromobilität, weil mit dem Rührreibschweißen unter anderem auch Aluminium-Kupfer-Verbindungen möglich sind.

Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt die Universität Stuttgart bei der Patentierung und Vermarktung von Innovationen. TLB ist im Auftrag der Universität mit der weltweiten wirtschaftlichen Umsetzung zukunftsweisender Techniken beauftragt. 

Universität Stuttgart 
Institut für Materialprüfung, Werkstoff kunde und Festigkeitslehre (IMWF)
Pfaffenwaldring 32
Tel.: +49 711 685-63968
www.imwf.uni-stuttgart.de

Technologie-Lizenz-Büro der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH (TLB)
Ettlinger Straße 25
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Ansprechpartner ist Michael Ott
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