Was ist eine Reibschweißmaschine?
Eine Reibschweißmaschine ist eine Maschine, die zwei Gegenstände durch Reibungswärme erhitzt und durch Druck verbindet.
Sie wird zum Verbinden von metallischen Werkstoffen und Harzen verwendet, gilt aber als schwierig für nichtmetallische Werkstoffe wie Titan und Molybdän. Das Reibschweißen eignet sich zum Verbinden unterschiedlicher Metalle, da sie in festem Zustand miteinander verbunden werden. Es kann auch zum Verbinden von Metallen verwendet werden, die sich durch Schweißen nur schwer verbinden lassen, z. B. Kupfer und Aluminium oder Aluminium und rostfreier Stahl.
Es ist außerdem ein umweltfreundliches Fügeverfahren, da keine Schweißdrähte, kein Flussmittel und keine Wärmequelle wie beim Lichtbogen- oder Argonschweißen erforderlich sind und keine Gase oder Spritzer entstehen.
Anwendungen von Reibschweißmaschinen
Reibschweißmaschinen wurden ursprünglich zum Pressschweißen in der Automobilindustrie eingesetzt, werden aber inzwischen auch für Flugzeug- und Maschinenteile, Sportartikel und in der Weltraumforschung verwendet.
In der Automobilindustrie werden sie unter anderem für Lenkwellen, Motorventile und Frontantriebskomponenten eingesetzt. In der Werkzeugindustrie werden Reibschweißmaschinen für die Herstellung von Elektrobohrern, Bohrern und Ratschenschlüsseln zum Schneiden von Werkzeugkomponenten verwendet.
Bei Maschinenteilen werden sie für die Herstellung von Kolbenstangen und Kugelumlaufspindeln für Hydraulikzylinder verwendet. Weitere Anwendungen sind die Bearbeitung von Verbindungsstellen in hydraulischen und pneumatischen Rohrleitungskomponenten, Differenzialtransformatoren in elektrischen Verkabelungskomponenten und die Bearbeitung von Golfschlägerköpfen.
Reibschweißmaschinen werden auch bei der Herstellung von Walzen für Druck- und Kopiergeräte, der Verbindung von Kupfer- und Aluminiumrohren in Wärmetauschern, Griffen für Bohrmaschinen und Klemmen für Umspannwerke eingesetzt.
Funktionsweise der Reibschweißmaschinen
Zwei zu verschweißende Gegenstände werden aneinander gepresst, wobei durch Druck und Drehbewegung Reibungswärme erzeugt wird. Nach Erreichen der Schweißtemperatur wird die Bewegung abrupt gestoppt und Druck ausgeübt, um die Schweißung zu ermöglichen. Die Reibschweißmaschine führt diesen Vorgang durch.
Wichtig ist, dass die Drehbewegung schnell gestoppt und der Stauchdruck sofort aufgebracht wird. Dies ist wichtig, um Torsionsschäden aufgrund der Rotationsverzögerung der Pressschweißnaht zu vermeiden und um hohe Temperaturen während des Stauchvorgangs aufrechtzuerhalten.
Zwei typische Methoden des Pressschweißens mit Reibschweißmaschinen sind folgende:
1. Das Reibschweißverfahren mit konstanter Geschwindigkeit
Bei der Reibschweißmethode mit konstanter Geschwindigkeit werden zwei zu verschweißende Objekte stumpf aneinandergeschweißt und unter Druck gesetzt, und eines oder beide werden gedreht, um Reibungswärme zu erzeugen, und dann wird die Verbindung durch abruptes Anhalten und Stauchen hergestellt.
2. Statisches Reibschweißverfahren
Beim statischen Reibschweißverfahren wird die Rotationsenergie im Federrad gespeichert, das als Drehachse dient. Diese Energie wird dann durch Reibung verbraucht und die Verbindung wird beim Anhalten des Rades druckgeschweißt. Es ist kein Bremsmechanismus vorgesehen.
Das reibgeschweißte Teil hat eine höhere Zugfestigkeit als das ursprüngliche Materialteil. Dieses Phänomen wird als atomare Anziehung bezeichnet. Die Entgratung erfolgt mit dem biaxialen Rotationsreibschweißverfahren, bei dem die beiden zu verschweißenden Objekte in Rotation versetzt werden und eine Klinge in den Bereich der Graterzeugung gebracht wird, wobei ein Hochtemperaturschneidesystem während der Erzeugung von Reibung zum Einsatz kommt.
Weitere Informationen zu Reibschweißmaschinen
1. Vorteile des Reibschweißens
Im Gegensatz zu anderen Schweißverfahren wie dem Lichtbogen- oder Laserschweißen hat das Reibschweißen den Vorteil, dass keine Schweißfehler wie Lunker oder Lunker in der Verbindung auftreten können und dass es außerdem sehr reproduzierbar ist. Sobald die richtigen Verarbeitungsbedingungen festgelegt sind, können daher gleichbleibend hochwertige Verbindungen hergestellt werden.
Zu den Gründen, warum beim Reibschweißen nur selten Defekte auftreten, gehört die Tatsache, dass die Verbindung grundsätzlich in einem festen Zustand unterhalb des Schmelzpunkts des Materials hergestellt wird, so dass es kaum thermische Verformungen wie Erstarrungsschrumpfung gibt und keine Verunreinigungen wie Schutzgas oder Flussmittel eingeschlossen werden.
Weitere Vorteile sind die hohe Festigkeit der Verbindung und die kurze Verarbeitungszeit, was zu Kostensenkungen und Produktivitätssteigerungen führt.
2. Nachteile des Reibschweißens
Reibschweißmaschinen haben nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile.
Begrenzte Geometrie
Einfache Formen wie z. B. Zylinder sind für das Reibschweißen wünschenswert. Für komplexe Formen mit vielen Ecken oder asymmetrischen Formen sollten andere Fügeverfahren in Betracht gezogen werden.
Hohe Belastungen
Die verfügbaren Werkstoffe sind nur begrenzt in der Lage, hohen Belastungen standzuhalten, die durch die hohe Reibungswärme und den Druck der Verbindung entstehen. Es ist Vorsicht geboten, da im Falle eines Bruchs die Gefahr besteht, dass Trümmerteile umherfliegen und die Ausrüstung zerstören oder die Arbeiter verletzen.
Nachbearbeitung erforderlich
Im Bereich des Reibschweißens entstehen Grate, die in einem nachfolgenden Prozess entfernt werden müssen.
3. Verbinden unterschiedlicher Metalle mit Reibschweißmaschinen
Reibschweißmaschinen können ungleiche Metalle wie Stahl und Aluminiumlegierungen verbinden, was beim Schmelzschweißen schwierig wäre. Neben Stahl- und Aluminiumlegierungen kann eine Vielzahl von Metallwerkstoffen verbunden werden, darunter Edelstahl, Kupfer und Titanlegierungen.
Der Vorteil des Verbindens unterschiedlicher Metalle besteht darin, dass die richtige Leistung für das richtige Teil an der richtigen Stelle erbracht werden kann. So kann beispielsweise Stahl für Teile verwendet werden, bei denen Festigkeit erforderlich ist, und Aluminiumlegierungen für andere Teile, wodurch das Gesamtgewicht reduziert wird. Es gibt auch eine Möglichkeit, Spezialwerkstoffe zu verwenden, um die Kosten zu senken, indem die Menge der verwendeten Spezialwerkstoffe reduziert wird.