FSW im Automobilbau


Friction Stir Welding wird im Automobilbau von vielen OEM-Fahrzeug-Herstellern und deren Zulieferern eingesetzt.

 

Eine der frühesten Entwicklungen befasste sich 1999 mit 'Tailor Welded Blanks' (siehe Video).


Tailor Welded Blanks sind ebene Bleche, die aus unterschiedlich dicken Blechen oder aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengeschweißt werden. Nach dem Schweißen werden sie mit dem Tiefziehverfahren zu Karosseriebauteilen umgeformt.

 

Bei einem von mehreren Industriefirmen geförderten Projekt der Forschungsinstitute EWI in Columbus, Ohio, und TWI in Cambridge, Großbritannien, untersuchten die Firmen, BMW, DaimlerChrysler, GM, Ford, Rover, Tower Automotive und Volvo 1999 das Rührreibschweißverfahren für das bis dahin noch nicht übliche Verschweißen unterschiedlicher Blechdicken. 

 

Bleche  mit 1,5 mm und 3,0mm Dicke wurden nebeneinander auf einer um 9° schräggestellten Spannvorrichtung aufgespannt und mit einem ebenfalls um 9° geneigten FSW-Werkzeug verschweißt. Mit der großen, modular aufgebauten FSW-Maschine des TWI wurden Innenpaneele von Kraftfahrzeugtüren umgeformt. Diese wurden anschließend von BMW umgeformt. Die damit erzielbare 30 prozentige Gewichtseinsparung war eindrucksvoll: 1,5 kg weniger Gewicht pro Tür im Vergleich zu Stahlblechen.

 

Anwendungen im PKW-Bau:

  • Heckklappen und Türen in japanischen Autos
  • Felgen in Australien, China und Norwegen
  • Batteriekästen in französischen und deutschen Elektroautos

Im Lastwagenbau: 

  • Kipper und Ladebordwände
  • Teleskopkräne und Leitern von Feuerwehrfahrzeugen
  • Tanks von Silo-Aufliegern 

Abschreckumformen von FSW-Halbzeugen

Abschreckumformen (nicht-isothermes Warmumformen oder Hot Form Quenching) eines rührreibgeschweißten Zusammenbauteils
Abschreckumformen eines rührreibgeschweißten Zusammenbauteils. Courtesy of TWI Ltd

In dem staatlich geförderten Projekt LightBlank wurden von Impression Technologies Ltd, PAB Coventry Ltd, dem Imperial College of London, Bombardier Transportation, Bombardier Aerospace, der Morgan Motor Company Manufacturing und TWI Ltd rührreibgeschweißte Halbzeuge aus Aluminiumlegierungen hergestellt, die mit einem neuen Stanzverfahren namens Hot Form Quenching (HFQ) geformt werden. Das HFQ ist ein Abschreckumformverfahren, das auch als nicht-isothermes Warmumformen bekannt ist. Es kombiniert das Lösungsglühen, Stanzen, Abschrecken und künstliche Altern: Das Blech wird auf Lösungsglühtemperatur erhitzt und dann im kalten Werkzeug umgeformt und dadurch abgeschreckt. Damit können komplexe Aluminiumblechbiegeteile geformt werden, wobei die Eigenschaften des Ausgangsmaterials wiederhergestellt werden. Durch das Reibrührschweißen (FSW) werden viele Probleme vermieden, die beim Verbinden von Aluminium mit traditionellen Verfahren auftreten. 

Rühreibgschweißtes und nicht-istothermisch warmgeformtes Fahrzeugteil (englisch FSW-HSQ = Friction Stir Welding & Hot Form Quenching)
Rühreibgschweißtes und abschreckumgeformtes Fahrzeugteil. Courtesy of TWI Ltd

Mit dem entwickelten FSW-HFQ-Verfahren wurde ein Prototyp eines Cross-Members des Sportautos Morgan Aero 8 hergestellt. Das Ersetzen des Hauptelements des Querträgers durch einen FSW-HFQ-Zusammenbau reduzierte das Gewicht der Baugruppe um 32%. Zusätzlich enthielt das neue optimierte Design acht (statt elf) Teile, von denen fünf im selben Arbeitsgang von HFQ gepresst werden können. Dies trug zu einer erheblichen Reduzierung der Fertigungs- und Montagevorlaufzeiten bei. Eine vorläufige wirtschaftliche Bewertung zeigt, dass die Herstellungskosten für die neue Baugruppe um 37% niedriger sind, wenn eine jährliche Charge von 1000 Einheiten angenommen wird.

Morgan Aero 8 neben einem FSW-HFQ-Prototyp (Friction Stir Welding & Hot Form Quenching) im TWI Ltd
Morgan Aero 8 neben einem FSW-HFQ-Prototyp (Friction Stir Welding & Hot Form Quenching). Courtesy of TWI Ltd

Nach dem erfolgreichen Abschluss dieses Projekts enthüllten Vertreter von Morgan im TWI-Hauptsitz in Cambridge offiziell einen Prototyp des Bauteils, das dort seitdem ausgestellt wird.