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Schweißen Mit Rührreibschweißen hergestellte Tailored Blanks erstmals in Serienfahrzeug

| Redakteur: Stefanie Michel

Mit dem „R8“ präsentierte Audi einen besonderen Sportwagen, der sich durch das Mittelmotorkonzept des „Quattro“, der Direkteinspritzung sowie das Dämpfungssystem „audi magnetic ride“ und die noch konsequentere Verwendung von Aluminium auszeichnet. Der „Audi Space Frame“ − eine feste, steife und zugleich leichte Aluminiumrahmenstruktur mit integrierten mittragenden Aluminiumblechen − ist der vorläufige Höhepunkt in der Geschichte des Aluminium- und Leichtbauzentrums in Neckarsulm.

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Neue Wege gehen: Durch Rührreibschweißen lassen sich Werkstoffe miteinander verbinden, die vorher nur mit Qualitätsverlusten schweißbar waren. Bilder: Riftec
Neue Wege gehen: Durch Rührreibschweißen lassen sich Werkstoffe miteinander verbinden, die vorher nur mit Qualitätsverlusten schweißbar waren. Bilder: Riftec
( Archiv: Vogel Business Media )

Neue Fertigungstechniken und Produktionsverfahren stecken auch in unsichtbaren Details des Sportwages. Als weltweit erstes Serienstraßenfahrzeug verfügt der Audi R8 über mit Rührreibschweißen hergestellte Aluminium Tailored Blanks, die nach dem Umformen als Mitteltunnelschließbleche in das Fahrzeug eingebaut werden. Das Geesthachter Unternehmen Riftec mit jahrelanger Erfahrung in der Entwicklung und Produktion von rührreibgeschweißten Tailored Blanks aus Aluminium überzeugte die Audi-Entwickler, denn dies passte hervorragend in das Gesamtkonzept: mit innovativen Produktionsverfahren Werkstoffkosten und Gewicht sparen, gleichzeitig aber auch bisher kaum gekannte Sicherheit und extrem sportliches Fahrverhalten bieten.

Rührreibschweißen verbindet unterschiedliche Blechdicken

Mit „Tailored Blanks“ lassen sich die gewünschten Eigenschaften von Blechbauteilen maßschneidern, denn dickere Bleche oder höhere Festigkeiten werden nur dort vorgesehen, wo sie erforderlich sind. So können Leichtbaustrukturen kostengünstiger und leichter hergestellt werden. Bei optimierter Prozessführung lässt sich mit dem Rührreibschweißen ein harmonischer Übergang zwischen den Blechdicken herstellen. Dabei ist die Wurzelseite der Schweißnaht vollständig eben. So geschweißte Bleche sind im Zusammenspiel mit den hervorragenden Verformungseigenschaften der Verbindung ideal zum Umformen nach dem Schweißen geeignet.

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Bei den im R8 eingesetzten Mitteltunnelschließblechen wird Aluminium EN AW-6181 im Zustand T4 eingesetzt. Die Werkstoffdicken der einzelnen Platinenteile betragen 1,7 oder 2,4 mm. Die Stoßkante wird auf einer Länge von 240 mm reibrührgeschweißt. Mit den Tailored Blanks liegt die Ersparnis im Werkstoffeinsatz über 20% gegenüber einer Lösung mit konstanter Blechstärke. Im Fahrzeug beträgt die Gewichtseinsparung durch den Einsatz der Tailored Blanks etwa 1 kg. Dabei weist der Schweißnahtbereich durch metallurgische und geometrische Verhältnisse eine mit dem dünnen Werkstoff vergleichbare Festigkeit auf. Dies ist relevant, weil die Bauteile in einem crashbeanspruchten Bereich eingebaut werden. Der geringe Verzug, die hohe Maßhaltigkeit sowie die porenfreie und dichte Schweißnaht führen in der Montage zu Vereinfachungen. So entfällt beispielsweise zusätzlicher Abdichtungsaufwand.

240 mm Nahtlänge in 11 Sekunden

Das Werkzeug zum Rührreibschweißen besteht aus einer Schweißschulter mit 10 mm Durchmesser und einem Schweißstift mit einem mittleren Durchmesser von 3,7 mm. Sowohl die Schulterfläche als auch der Schweißstift sind mit einer prozessunterstützenden Profilierung versehen. Alle Schweißparameter und das Schweißwerkzeug sind auf den Werkstoff und den Dickensprung optimal abgestimmt. Gefügt werden die Tailored Blanks auf einer Reibrührschweißanlage auf Basis eines Tricept 9000 Bearbeitungszentrums. Diese einzigartige Anlage wird seit der Inbetriebnahme im November 2005 für Entwicklungsarbeiten sowie in der Einzelstück- und Serienfertigung eingesetzt.

Im Vergleich zu seinen Vorgängermodellen bietet der Tricept 9000 erheblich mehr Kraft und Steifigkeit. Ein enormer Vorteil für die Anwendung beim Reibrührschweißen, weil dies mehr Prozesssicherheit garantiert und gleichzeitig höhere Einschweißtiefen ermöglicht. Riftec hat den Roboter, der von einer Sinumerik 840D gesteuert wird, speziell für die Anwendung von Reibrührschweißen in Hard- und Software modifiziert und den Arbeitsbereich der Schweißanlage im Vergleich zu seinen Vorgängern auf 2,7 x 3,0 x 0,9 Meter erhöht. Damit lassen sich auch große Volumen- und Flächenbauteile bearbeiten. Außerdem ist beim Tricept 9000 eine Teilung des Arbeitsraums in eine Bearbeitungs- und eine Rüststation möglich.

Potenzial noch längst nicht ausgeschöpft

Bei der Konzeption und Auslegung der Anlage wurde zudem viel Wert auf ein Maximum an Flexibilität gelegt. „Mit unserer Schweißanlage können Bauteile in einer Aufspannung geschweißt und mechanisch bearbeitet werden. Möglichkeiten zum Werkzeugwechsel ermöglichen optimale Produktionsabläufe“, so Christoph Schilling, der Riftec-Geschäftsführer. Dabei wurden neben Tailored Blanks auch komplexe Bauteile mit dreidimensionalem Nahtverlauf oder dickwandige Bauteile mit einer Wanddicke von mehr als 20 mm verschweißt. Die größten Serienbauteile, die die Produktion regelmäßig verlassen, erreichen eine Größe von bis zu 2,5 x 4,5 Meter.

„Wir sind schon ein wenig stolz darauf, mit unseren Tailored Blanks einen Beitrag zu diesem HighTech-Produkt made in Germany zu leisten. Es war eine fantastische Zusammenarbeit. Wir sind begeistert, wie konsequent innovativ die Audi-Entwickler neue Wege gehen“, so Axel Meyer, einer der beiden Geschäftsführer von Riftec. Auf dem Audi-Auftrag werden sich die Rührreibschweißspezialisten nicht ausruhen können. Mehr und mehr Unternehmen in Automobilbau, Luft-, Raum- und Schifffahrt, Medizin- und Lebensmitteltechnik erkennen das Potenzial der innovativen Reibschweißverfahren und die damit verbundenen unmittelbaren Wettbewerbsvorteile.

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