Die Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart hat auf Basis des Rührreibschweißens ein Verfahren entwickelt, mit dem sich auch unterschiedlich dicke Aluminium- und Stahlbleche hochfest miteinander verschweißen lassen .Die Naht ist so stabil, dass sich die Bauteile sogar tiefziehen lassen. Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation als ThinKing für den Juni 2019.
Bild oben: Die Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart hat das Rührreibschweißen abgewandelt, so dass Aluminium- und Stahlbleche verschiedener Dicke hochfest miteinander verbunden werden können. (Quelle: LBW Baden-Württemberg / MPA Stuttgart)
Beim Rührreibschweißen fährt ein rotierendes Werkzeug (Rühren) den zu fügenden Spalt mit viel Kraft ab und verbindet so in einem Schweißprozess die Blechplatinen miteinander. Mit dem Verfahren der Stuttgarter Wissenschaftler lassen sich nun die Bleche gleichzeitig stumpf- und überlappverschweißen. So entsteht eine größere Querschnittsfläche an den hochfesten Hybridplatinen (hybrid Tailor Welded Blanks), so dass die Verbindung fester wird und besser umformbar ist.
In Zugversuchen wiesen die Wissenschaftler nach, dass die Naht so stabil ist, dass sie den Umformprozess durch Tiefziehen übersteht – auch bei komplexen Geometrien. Anwendungsmöglichkeiten sieht Martin Werz von der MPA Stuttgart vor allem im Automobilbereich. Hier könnten durch eine solche Verbindung die Vorteile von dünnen Blechen aus hochfesten Stählen und Aluminiumblechen mit etwas höherer Dicke und der daraus resultierenden Beulsteifigkeit in einem Bauteile genutzt werden. Unter Beulsteifigkeit versteht man die Widerstandsfähigkeit eines Bauteils gegenüber einer elastischen Belastung senkrecht zur Oberfläche – das heißt das Material gibt nach und geht wieder in die ursprüngliche Form zurück, ohne ein „Beule“ davongetragen zu haben.
„Bislang wird im Karosseriebau die Hybridisierung erst durch die Montage von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen erreicht. Durch unsere Entwicklungen machen wir es möglich, bereits in einzelnen Bauteilen Aluminium und Stahl zu kombinieren. So eröffnen sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Strukturoptimierung, die zur Gewichtsreduzierung genutzt werden können.“
(Martin Werz, Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart)
Die Wissenschaftler haben nicht nur den Schweißprozess sondern auch weitere Teile der Prozesskette entwickelt. Dazu gehört unter anderem eine neuartige, energieeffiziente Wärmebehandlungsmethode sowie eine spezielle Umformmethode. Mit beiden Verfahren kann der Dickenunterschied bei Hybridplatinen berücksichtigt werde. Und die neue Technologie könnte zur Verbindung etwa von Kupfer- und Aluminiumblechen unterschiedlicher Dicke eingesetzt werden. „Dies könnte man etwa zur Herstellung von Poolverbindern für die E-Mobilität nutzen“, sagt Werz.
„Nach aktuellen Schätzungen ist davon auszugehen, dass durch die Anwendung entsprechender Hybridplatinen im Automobilbau das Gewicht der Rohbaukarosserien bei Beibehaltung der Sicherheit um circa zehn Prozent gesenkt werden kann.“
(Martin Werz, Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart)
Quelle und weitere Informationen: Leichtbau BW
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