MobaReg - Entwicklung einer prozessmomentbasierten Temperaturregelung für das Rührreibschweißen

Durch die mathematische Beschreibung des Zusammenhangs zwischen dem Prozessmoment M_P und der Schweißtemperatur T_S ist die Bestimmung bzw. Regelung der Schweißtemperatur anhand des Prozessmoments möglich. Somit ist keine teure und sensible Sensorik zur Messung der Schweißtemperatur erforderlich und wärmestaubedingte Schweißnahtfehler können vermieden werden.

Motivation

Die Nahteigenschaften beim Rührreibschweißen werden maßgeblich von der Schweißtemperatur bestimmt, die sowohl von den Prozessparametern als auch von den Wärmeleitungseigenschaften der Fügepartner abhängt. Eine gleichbleibende Schweißtemperatur und infolgedessen eine gleichbleibende Nahtqualität ist an Realbauteilen nicht gewährleistet. Der Grund dafür sind die veränderlichen thermischen Randbedingungen an Realbauteilen, die bei einer Prozessführung mit konstanten Schweißparametern bspw. Wärmestaus auslösen.

Lösungsansatz

Ein Lösungsansatz zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Nahtqualität ist der Einsatz einer Regelung, welche die Schweißtemperatur konstant hält. Die Herausforderung dabei ist die Messung der Schweißtemperatur. Bisher erfordert diese den Einsatz von teuren und empfindlichen Sonderwerkzeugen. Bei Voruntersuchungen am iwb konnte ein Zusammenhang des Prozessmoments und der Schweißtemperatur beobachtet werden.

Ziel

Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, diesen Zusammenhang mathematisch zu beschreiben und zur Schweißtemperaturregelung zu verwenden. Dies vereinfacht die Anwendung der Regelung, da keine direkte Temperaturmessung im Werkzeug notwendig ist und infolgedessen keine teuren Sonderwerkzeuge mehr benötigt werden. Diese Regelung wird an einer Versuchsanlage umgesetzt und validiert.

Ergebnisse und Nutzen

Durch die prozessmomentbasierte Temperaturregelung wird die Schweißtemperatur konstant gehalten und daher gleichbleibende Nahteigenschaften sichergestellt. Die aufwendige Parameterbestimmung des Prozesses vereinfacht sich, weil die werkstoffabhängige Schweißtemperatur unabhängig von der Bauteilgeometrie und somit universell übertragbar ist. Durch den Einsatz der Regelung erhöht sich die Wettbewerbsfähigkeit v. a. von Unternehmen, die Kleinserien mit geringen Stückzahlen herstellen, sowie von Herstellern von FSW-Anlagen.

Dank