Aus der Praxis: Rührreibschweißen (FSW) – von der Idee zur Serienfertigung

Das Rührreibschweißen (FSW) ist ein innovatives Verfahren zur dauerhaften Verbindung schwer schweißbarer Stoffe. Es überzeugt mit hervorragenden Nahteigenschaften, hoher Wirtschaftlichkeit und guter Ökobilanz. Zum Einsatz kommt FSW vor allem dort, wo andere Schweißverfahren an ihre Grenzen geraten. Doch wie gelangt man von der Idee für ein Bauteil zu einem funktionsfähigen Prototyp und später zu einer effizienten Serienproduktion? Das Unternehmen RRS Schilling GmbH gewährt einen Einblick in die Praxis.

Von der Herausforderung zur Lösung

Das Rührreibschweißen ist häufig im Bereich des Automobilbaus gefragt. Denn aktuelle Anforderungen an den Bau von E-Fahrzeugen lassen sich mit herkömmlichen Schweißverfahren oft nicht umsetzen. Folgendes Beispiel könnte demnach genau so auch jederzeit in der Realität vorkommen: Ein Aluminium-Gusshersteller bekommt von einem OEM im Rahmen der E-Mobilität den Auftrag, ein Kühlgehäuse z. B. für Ladeelektronik in Serie zu produzieren. Der OEM wendet sich daraufhin an das Unternehmen RRS Schilling. Denn viele Druckgussunternehmen können den FSW-Prozess bislang nicht im eigenen Betrieb umsetzen. Hier kommen erfahrene Unternehmen wie RRS Schilling ins Spiel, die oft bereits von den OEM empfohlen werden. Die Experten von RRS Schilling unterstützen den Druckgusshersteller auf allen Ebenen.

Design-/Engineeringsupport

Das Bauteil ist vom OEM oft vordesignt. Die zwingende Vorgabe im Beispiel beinhaltet, dass der Kühlraum aus Gründen der Sicherheit und Reproduzierbarkeit mittels Rührreibschweißen mit einem Aluminiumdeckel verschlossen werden muss. Bevor der Gusshersteller teure Druckgusswerkzeuge anfertigt, müssen Versuche zur Kühlleistung durchgeführt werden. Gemeinsam mit RRS Schilling plant er das Vorgehen: Die Bauteile werden häufig aus einem Aluminiumblock gefräst und anschließend per FSW verschlossen.

Prototyping

Die Ingenieure bei RRS Schilling prüfen, ob das Bauteil für das Rührreibschweißen geeignet ist. Sollten Designanpassungen notwendig sein, werden diese mit dem Kunden in einem Design-Workshop besprochen. Nach Prüfung und Genehmigung fertigt der Gusshersteller die Frästeile an und übersendet diese an RRS Schilling. Dort wird das Bauteil mittels FSW verschlossen. Auf Wunsch führt RRS Schilling auch die Endbearbeitung direkt durch. Danach kann das Bauteil in die Versuche gehen.

Vorrichtungskonstruktion und Fertigung

Wenn das Bauteil alle Versuchsanforderungen bestanden hat, fertigt der Druckgießer das Gusswerkzeug an. Anschließend werden die ersten Abgüsse an RRS Schilling geliefert. Hier erfolgt die Ermittlung von FSW-Parametern, FSW-Werkzeug-Geometrien, Spannlogiken und gegebenenfalls notwendigen Vorspannungen. Die dafür erforderliche Spannvorrichtung konstruiert und fertigt RRS Schilling an.

Qualitätssicherung

Nach dem Schweißen werden die Bauteile bei RRS Schilling zur Qualitätssicherung mittels Druckdifferenz auf Dichtigkeit geprüft. Weiterhin werden metallographische Schliffbilder von der Schweißnaht hergestellt. Auch Berstprüfungen, Röntgen und weitere Prüfungen sind möglich. Darüber hinaus werden bereits während der Schweißung Kraftverläufe, Drehmoment und weitere Parameter aufgezeichnet und in Echtzeit ausgewertet. Diese Aufzeichnungen sind jederzeit bauteilbezogen rückverfolgbar und können zur weiteren Qualitätssicherung herangezogen werden.

Serienfertigung

Sämtliche Erkenntnisse aus dem Prototyping werden bei RRS Schilling auf der Konstruktion der Spannvorrichtung für die Serienfertigung gespiegelt. Die Fertigung der Serienvorrichtung und deren Inbetriebnahme übernimmt RRS Schilling. Im Anschluss hieran kann der FSW-Serienprozess mit allen Parametern, FSW-Werkzeugen und Spannvorrichtungen auf eine FSW-Produktionsanlage übertragen werden.

FSW-Technologiepaket und Turnkey-Lösungen

Möchte der Druckgusshersteller die Serienfertigung des Bauteils inklusive FSW im eigenen Betrieb umsetzen, stehen zwei Möglichkeiten offen: Er kann bei RRS Schilling eine neue Maschine als FSW-Turnkey-Lösung in Kooperation mit CHIRON (CHIRON GROUP) bestellen. Oder RRS Schilling rüstet eine vorhandene Fräsmaschine mit dem selbst entwickelten FSW-Technologiepaket zur Rührreibschweißmaschine auf. In beiden Fällen steht dem Gusshersteller anschließend eine Hybridmaschine zur Verfügung, die wie gewohnt fräsen, aber auch das Rührreibschweißen übernehmen kann. Der Prozesswechsel wird dabei einfach über einen Werkzeughalterwechsel generiert.

FSW-Tooldesign und -Fertigung

Auf Wunsch rüstet das Unternehmen RRS Schilling nicht nur bestehende Fräsmaschinen auf die FSW-Technologie um bzw. bietet eine FSW-Turnkey-Lösung in Kooperation mit CHIRON an. Der FSW-Experte kümmert sich auch um die Herstellung passender Rührreibschweißwerkzeuge. Ergänzend dazu gibt es einen projektbezogenen umfassenden FSW-Support. So hat der Druckgießer bei allen Fragen einen kompetenten Ansprechpartner an der Seite.

Serienfertigung

Von der Prototypenherstellung über die Vorbereitung der Serienproduktion bis zum Start derselben im Unternehmen des Druckgussherstellers vergehen oft mehrere Wochen. Damit die Serienproduktion zeitnah anlaufen kann, übernimmt RRS Schilling auf Wunsch interimsweise die serielle Fertigung. So hat das Druckgussunternehmen genügend Zeit, um die RRS-Produktionsanlage in Ruhe in die Prozesskette zu integrieren. Auch zu einem späteren Zeitpunkt ist eine Übernahme der Serienproduktion einschließlich Endbearbeitung möglich – etwa um Produktionsspitzen des Herstellers abzufedern – Stichwort Bypassfertigung. Dieses Beispiel spiegelt das Tagesgeschäft der zahlreichen Projekte bei der Innovationsschmiede der Rührreibschweiß-Technologie RRS Schilling wider.

Herausforderungen meistern mit nachhaltiger Partnerschaft auf allen Ebenen

Das Rührreibschweißen ermöglicht es, beim Verschweißen unterschiedlicher Werkstoffe neue Wege zu gehen: Aluminium und Stahl, Aluminium und Kupfer, Kupfer und Kupfer, sämtliche Aluminumlegierungen untereinander, Magnesiumlegierungen oder Zinkdruckguss – wo andere Schweißverfahren aufgrund der unterschiedlichen Schmelzpunkte nur unzureichende Ergebnisse liefern, verspricht FSW feste sowie gasdichte Verbindungen und ist somit branchenübergreifend ideal für Automotive, Consumer Electronics, Schiffbau, Flugzeugbau, Lebensmittel- und Medizintechnik.

Um dieses innovative Verfahren nutzen zu können, braucht es einen starken Partner: Die RRS Schilling GmbH besitzt herausragende Erfahrung im Rührreibschweißen. Ihr Gründer, Christoph Schilling, forscht und arbeitet bereits seit mehr als 25 Jahren an und mit dem Verfahren und ist Erfinder mehrerer Prozessvarianten. Neben eigenen umfangreichen Leistungen rund um die FSW-Technologie bietet das Unternehmen schlüsselfertige Bearbeitungszentren in Kooperation mit der CHIRON Group an.