70 Hopp Schwiiz! Werkstoffe | Metalle Auf Augenhöhe mit der NASA Die Engineering-Sparte der Rapid Technic AG forciert ihren Aussenauftritt. Vor allem die über die Jahre erarbeitete, beeindruckende Expertise rund ums Rührreibschweissen soll in Zukunft verstärkt anderen Unternehmen zu wirtschaftlich und technologisch positiven Effekten verhelfen. TR-Chefredaktor Wolfgang Pittrich hat sich die Einzelheiten in einem Vor-Ort-Gespräch näher erläutern lassen. Das Unternehmen Rapid Technic und seine Marke «Rapid» kennt man in der Schweiz primär von den Einachsgeräten, die in der Landwirtschaft und im kommunalen Bereich allgegenwärtig sind. Weniger bekannt ist die Engineering-Sparte mit den Segmenten «Engineering Solutions» und «Contract Manufacturing». Beide Dienstleistungsangebote besitzen mittlerweile eine grosse Expertise und ein Renommee; das zeigen auch die namhaften Kunden aus dem In- und Ausland. Jetzt möchte man dem Rührreibschweissen oder Friction Stir Welding (FSW) zum Durchbruch verhelfen. Ziel: Anwender sollen technologisch und wirtschaftlich in eine verbesserte Wettbewerbsposition gebracht werden. Der eine oder andere mag vom Rührreibschweissen gehört haben; technologisch spielt das Verfahren bis dato kaum eine Rolle. Max Hossfeld, Leiter Engineering bei Rapid Technic und ausgewiesener FSW-Spezialist, kennt die Gründe: «Das Verfahren gibt es erst seit etwas mehr als 20 Jahren. Und erst in den letzten Jahren haben wir einen Status erreicht, wo man die experimentelle Ecke verlassen und den Weg in die industrielle Anwendung gefunden hat.» Vor allem ihrer Arbeit ist es zu verdanken, dass sich Rapid in diesem Bereich als einer der füh- Optisch einwandfrei: Bei diesem Kühler sind die innenliegenden Rippen und der Deckel rührreibgeschweisst und anschliessend überfräst. (Bilder: Rapid/TR) renden FSW-Anbieter in Europa bezeichnet. Hossfeld sieht das Verfahren mittlerweile in der Poleposition, wenn es um neue Technologieansätze geht: «Das Rührreibschweissen setzt, befeuert durch die ständige Kostendiskussion in Mitteleuropa, neue Denkprozesse in Gang. Alte Zöpfe werden abgeschnitten, um anderen Verfahren eine Chance zu geben, zu beweisen, dass sie wirtschaftlicher sind.» Diesen Beweis hat man bei Rapid Engineering längst angetreten. «Wir sind», sagt Max Hossfeld, «insbesondere bei Nichteisenmetallen deutlich wirtschaftlicher im Vergleich zu herkömmlichen Schweissverfahren, aber auch zum Laserschweissen.» Wobei er zugesteht, dass die reinen Prozesskosten höher ausfallen können («aber nur vielleicht»), was sich allerdings bei einer gesamtheitlichen Sichtweise deutlich relativiert: «Betrachten wir alle Prozessschritte, entfällt beim Rührreibschweissen häufig der Grossteil der Schweissvorbereitung wie etwa Reinigung der Bauteile oder Endbearbeitung. Wir geben das Werkstück so zum Kunden, wie es von der Maschine kommt. Zudem verweist er auf eine im Schweissbereich unerreichte Qualität der Schweissnaht, die Festigkeit der Verbindung und das nahezu Hopp Schwiiz! Metalle | Werkstoffe 71 Sucht ihresgleichen: Die FSW-Anlage bei Rapid Technic bietet eine grosse Aufspannfläche und genügend Platz für Bewegungen im Raum. verzugsfreie Fügen sowohl dicker als auch dünner Materialien. Nicht umsonst ist er überzeugt: «FSW wird in naher Zukunft in vielen Unternehmen Einzug halten.» Haupteinsatzgebiete für das Rührreibschweissen sieht er überall dort, wo es um innenliegende Strukturen geht, wo unterschiedlich starke Materialien verbunden werden müssen und wo es um eine qualitativ hochwertige, auch optisch einwandfreie Oberfläche geht. Bestes Anwendungsbeispiel sind für ihn die tischgrossen Kühlsegmente für die Eisenbahnindustrie, die äusserlich wie aus einem Block gefertigt aussehen: «Seit 2008 haben wir rund 5000 dieser Kühler geliefert – bis heute ohne eine einzige Reklamation.» Und noch einen weiteren grossen Vorteil sieht er für das Verfahren: «Wir können Mischverbindungen wie Aluminium und Kupfer genauso verbinden wie Aluminiumknet- und -gusslegierungen, die sonst kaum zu fügen sind.» Beim Rührreibschweissen haben wir es mit einem rein mechanischen Prozess zu tun. Der Maschinenaufbau ähnelt einem Bearbeitungszentrum: Ein in einer Maschinenspindel rotierendes Werkzeug wird in Z-Richtung in den Stossspalt der zu fügenden Materialien eingefahren und kann dann CNC-gesteuert jede beliebige Kontur abfahren. Im Gegensatz zum Schweissen, wo bei hoher Temperatur und unter Zugabe von Schweissmitteln die Naht erzeugt wird, erfolgt beim Rühr- @BE ?>8)5= ?5)E >3C #3=C<C<722 ">E<B+=7=B *% '7E2?><<I5+ / !7C<2>8) 46F($D944F "0=CB=+5= &7= G-4 1F.94 A6- 4F 4F &>H G-4 1F.94 A6- 4F 4: III,?>E<B+=7=B,8) B=27;?>E<B+=7=B,8) Rührreibschweissen/Friction Stir Welding (FSW) • Ideal für Buntmetalle geeignet • Schweissen in fester Phase (nach EN ISO 4063), daher geringer Verzug und wenig Werkstoffbeeinflussung • keine aufwendige Vor- und Nachbereitung wie bei konventionellen Schweissverfahren • sehr gute statische und dynamische Festigkeitseigenschaften • hochfeste Mischverbindungen herstellbar (Alu/Stahl, Alu/Kupfer, Alu-Knet- und -Gusslegierung) • porenfreie Schweissnaht • Wirtschaftlich bei Klein- und Grossserien • 3D-Konturen bis 50 mm Einschweisstiefe möglich • Umweltfreundlich im Vergleich zu herkömmlichen Schweissverfahren, da keine Ausgasung und kein Schweissrauch • Stahlwerkstoffe können nur bedingt verschweisst werden • quasi plane Schweissnaht Ventiltechnik Messtechnik SIRAG AG, 6312 Steinhausen www.sirag-ag.ch 72 Hopp Schwiiz! Werkstoffe | Metalle reibschweissen nur eine lokale Plastifizierung des Werkstoffs, die in der Fügezone bei rund 60 bis 85 Prozent der absoluten Schmelztemperatur liegt. Laut EN ISO 4063 handelt es sich also um Schweissen in fester Phase. Der Vorteil: Geringer Verzug, wenig Werkstoffbeeinflussung, porenfreie Schweissnaht und eine fast plane Schweissfläche. Nicht nur die fehlende Schweissraupe charakterisiert daher die Naht einer Rührreibschweissung, sondern auch die hochfeste Verbindung. «Je nach Anwendungsfall und Legierung können wir bereits ohne Nachbehandlung die mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffes erreichen», weiss Max Hossfeld. Messungen im hauseigenen Labor zeigen: «Zugproben versagen damit nicht in der Naht, sondern im umgebenden Werkstoff.» Entscheidend für das Endergebnis ist das Zusammenspiel von Werkzeug, Maschinensteifigkeit und Aufspannung. Speziell dem Werkzeug kommt eine grosse Bedeutung zu. Der Hauptwärmeeintrag findet an der Werkzeugschulter statt, spezielle Strukturen in der Oberfläche des Werkzeugs beeinflussen ganz gezielt den Prozess. Auch die grosse FSW-Anlage, die neben anderen in Killwangen zum Einsatz kommt, sucht im Umkreis von einigen Hundert Kilometern ihresgleichen. Denn die Prozesskräfte, die für den Plastifiziervorgang notwendig sind, müssen nicht nur aufgebracht, sondern auch ab- geleitet werden. So wirkt bei einem Schweissvorgang in 20 mm dickem Aluminium eine Kraft von rund 35 bis 45 kN auf das Werkzeug. Bei einem Vorschub von 6 m/min belasten zusätzlich enorme Kräfte den Stossspalt und folglich die gesamte Aufspannsituation. Dieses tiefe Prozesswissen sowie das Maschinen- und WerkzeugKnow-how beschert Rapid Technic aktuell einen grossen Technologievorsprung beim Rührreibschweissen. Zudem ist das Unternehmen Mitglied in den führenden Forschungsverbänden zum Thema und beteiligt sich an industrienahen Forschungsprojekten, beispielsweise zum Leichtbau. Darüber hinaus besteht ein reger, weltweiter Austausch mit anderen FSW-Experten. Vier Fragen an Lukas Zumsteg, Rapid Technic AG «Dem Kunden helfen, wirtschaftlicher zu produzieren» Herr Zumsteg, das Rührreibschweissen Bei den hydrostatischen Einachsgeräzählt zu den Kernkompetenzen der En- ten sind wir weltweit die Nummer 1, gineering-Sparte von Rapid. Was hat mit rund 2000 produzierten Geräten es damit auf sich? pro Jahr. Und um diese Produktion Bei Rapid gewinnt das Engineering, wirtschaftlich in einem Hochlohnland das sich aus den Bereichen Enginee- wie der Schweiz darstellen zu könring Solutions und Contract Manufac- nen, haben wir uns schon frühzeitig turing zusammensetzt, immer mehr um einen grossen Automatisierungsan Bedeutung. Wir bieten den Kun- grad bemüht. Wir sind mittlerweile den von der ersten Berechnung bis hocheffizient aufgestellt - und genau hin zur seriengerechten Produktion dieses Know-how bieten wir jetzt verein komplettes und durchgängiges stärkt auch externen Kunden an. Paket. Mit diesem Angebot sind wir genauso innovativ unterwegs, wie Worin unterscheidet man sich von anman das von unseren Produkten für deren Lohnfertigern? die Land- und Kommunaltechnik Genau darin, dass wir eben keine kennt. Bestes Beispiel ist das Rühr- Lohnfertiger sind. Unsere Stärke ist, reibschweissen: Wir haben in den die komplette Dienstleistung von der letzten Jahren grosse Anstrengun- ersten Beratung bis hin zum fertigen gen unternommen, um dieses Ver- Teil aus einer Hand zu liefern. Würden fahren gezielt im Sinne von Anwen- wir nur Späne machen, wären wir ausdereffizienz und -wirtschaftlichkeit tauschbar. Aber mit unserem grossen weiterzuentwickeln. Prozesswissen können wir den Kunden helfen, wirtschaftlicher zu produzieWie ist man überhaupt auf die Idee ren. Wir beliefern übrigens bereits seit gekommen, Engineering- und Produk- Jahren sehr erfolgreich Unternehmen tionsdienstleistungen für Dritte anzu- aus der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Eisenbahnbieten? Lukas Zumsteg, Leiter Marketing, Rapid Technic AG. branche. Auch und gerade mit Produkten, die durch das Rührreibschweissen hergestellt werden. Welchen Weg würden Sie einem Anwender empfehlen, der sich für das Rührreibschweissen interessiert? Unsere Beratung auf diesem Gebiet ist so orientiert, dass der Anwender selbst entscheiden kann, ob er entweder auf einen externen Dienstleister zurückgreifen möchte, wie wir es sind. Oder, ob er, wenn der Durchsatz hoch genug ist, mit uns als Engineeringpartner eine eigene Anlage installiert und dann sofort durchstarten kann. Hopp Schwiiz! Metalle | Werkstoffe Ohne Verzug: Bei extrem unterschiedlichen Stärken der zu verbindenden Teile kann das FSW-Verfahren seinen Vorteil voll ausspielen. Wie weit Rapid hierbei ist, zeigt laut Hossfeld ein Besuch bei den Kollegen der NASA in den USA: «Auch wenn man es sich schwer vorstellen kann: Wir agieren auf Augenhöhe mit der NASA, sowohl in Technologie als auch Anlagentechnik.» Trotz so viel Euphorie kann die Frage nach möglichen Einschränkungen des Verfahrens nicht ausbleiben. Ein limitierendes Element ist die notwendige, sichere Fügeund damit Aufspannsituation der zu verbindenden Teile. Die wirkenden Kräfte müssen aufgefangen und abgeleitet werden. Auch allzu dünne Bleche sind für FSW nur bedingt geeignet: «Wenn es um Folien oder Bleche im Bereich unter 0,5 Millimeter Dicke geht, würde ich mir schon überlegen, ob Rührreibschweissen das richtige Verfahren ist», sagt Hossfeld. Ebenfalls einschränkend wirkt die Tatsache, dass das Werkzeug immer im Eingriff sein muss; Hinterschneidungen oder ähnlich verdeckte Fügespalte sind deshalb ein No-Go. Auch die Wahl der zu verbindenden Materialien unterliegt gewissen Limiten. Während sich vor allem Buntmetalle ausgezeich- net rührreibschweissen lassen, gehört das Schweissen von Stahl, speziell Edelstahl, momentan noch zur Kür bei Rapid Technic. Man könnte, aber man möchte damit nicht zu sehr nach aussen gehen. Nur so viel: Aktuell läuft ein grösseres Projekt, das auch für Edelstahlverbindungen den Durchbruch bringen soll. Für Max Hossfeld steht die Notwendigkeit, auch Edelstahl rührreibschweissen zu können, ausser Frage: «Unsere Berechtigung ist dort, wo es um verzugsarme Verbindungen geht. Das gilt vor allem für Teile, die keine anschliessende Wärmebehandlung mehr erlauben.» Kein Wunder, wenn er für das Rührreibschweissen eine mehr als positive Zukunft erwartet: «Ich denke, dass vor allem bei den Buntmetallen zweistellige Zuwachsraten möglich sind.» Allfällig könnte der Name «Rapid» dann nicht nur in der Landwirtschaft, sondern auch beim Rührreibschweissen zur Marke werden. ■ Rapid Technic AG 8956 Killwangen, Tel. 044 743 11 11 [email protected] Clever drehen – automatisch durch die Spindel beladen und entladen Automatisches Beladen Automatisches Entladen Kürzeste Zerspanungspausen sorgen für den Gewinn M51 IRCO Multi-UniversalKurzstangen-Ladeautomat ILS-MUK ergänzt mit Teile-Beladestation IRCO DrehmaschinenEntladeautomat ILS-REX Kurt Breuning IRCO Maschinenbau GmbH breuning-irco.de [email protected] 73
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