Effizientere Verbindungsverfahren

Das Linear-Reibschweißen ist eine Schlüsseltechnologie zum Aneinanderfügen von Werkstoffen, die schwierig miteinander zu verbinden sind. Dabei handelt es sich um einen Fusionsprozess, bei dem kein Aufschmelzen des Materials erfolgt. So entstehen hochstabile Schweißverbindungen von Werkstücken, deren Oberflächen nur eine minimale Vorbehandlung erfordern.

Beim Linear-Reibschweißen entsteht die Verbindung durch Reiben eines Werkstücks auf der Oberfläche eines zweiten, fest eingespannten Werkstücks in Form einer linearen Hin- und Herbewegung. Diese Art des Schweißens ist unter ökonomischen, ökologischen und technischen Aspekten ein sehr attraktives Verfahren, das sich ideal sowohl zur Massenproduktion als auch zur Herstellung kleiner Serien von Spezialteilen eignet. Einige große Flugzeugtriebwerk-Hersteller wenden heute das Linear-Reibschweißen weltweit zum Verbinden von Turbinenschaufeln und Turbinenlaufscheiben an. Doch trotz seiner Eignung für praktisch alle im Maschinenbau verwendeten Legierungen hat dieses Verfahren bislang in der Industrie keine große Akzeptanz erfahren, weil die dafür nötige technische Ausrüstung mit hohen Investitionskosten verbunden ist.

Um diese Technologie potenziellen Anwendern näher zu bringen, hat eine Gruppe von acht europäischen Unternehmen das Konzept der Linear-Reibschweißmaschinen mit der Bezeichnung LinFric® entwickelt. Bei LinFric® handelt es sich um den Prototypen einer hydraulischen Linear-Reibschweißmaschine, die kostengünstiger hergestellt werden kann als die gegenwärtig auf dem Markt erhältlichen Maschinen. Das LinFric®-Funktionsprinzip basiert auf einer effizienteren Nutzung der Energiequellen unter Verwertung von gespeicherter Energie, was zu beträchtlichen Senkungen des Anlagenpreises geführt hat.

Von Linear-Reibschweißmaschinen herkömmlicher Bauart unterscheiden sich die LinFric®-Maschinen durch ihre innovativen Antriebseinheiten. Herzstück dieser Einheiten ist ein hydraulischer Oszillator. Beim neuen Konzept wurde auf die kostspieligen mechanischen Getriebe verzichtet, die in der ersten Generation der Linear-Reibschweißmaschinen zum Einsatz kamen. Die Energie wird von Hydraulikspeichern aufgenommen, die von einer vergleichsweise kleinen Pumpe gespeist werden, während die Werkstücke eingespannt werden.

Beim hydraulischen Oszillator kann man außerdem Schwingungskurven vorgeben, die keinen sinusförmigen Verlauf haben. Diese Kurven lassen sich in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie und den zu verschweißenden Werkstoffen optimieren. Die LinFric®-Maschine wird von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) gesteuert und bietet die Möglichkeit zur Überwachung von Fuzzy-Logic-Parametern.

Die Maschine wurde gebaut, um die Anwendbarkeit des Verfahrens bei der Herstellung von Monoblocks (Komplettbaugruppen aus Rotor und Schaufel) in Originalgröße zu demonstrieren, wie sie in stationären Gasturbinen verwendet werden. Diese Monoblocks sind Laufscheiben, an denen Turbinenschaufeln während der Produktion (zur Einsparung von Rohmaterialien und zu Verringerung von Verschnitt) angeschweißt werden. Dasselbe Schweißverfahren kann auch zur Reparatur von Monoblocks angewandt werden, die während der Herstellung beschädigt wurden oder im Betrieb Verschleiß ausgesetzt waren. Selbstverständlich können die Vorteile der LinFric®-Maschinen auch in anderen Industriezweigen genutzt werden, beispielsweise in der Automobiltechnik, in der Energieerzeugung und in der industriellen Metallraffination.

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Stephan Kallee
TWI Ltd
Friction and Forge Welding Technology Group
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