27.04.2021
Technologien
Rührreibschweißen und E-Mobilität
Das Thema E-Mobilität stellt in puncto Technik und Materialien sowie deren Verarbeitung ganz neue Herausforderungen und Ansprüche. Viele der bislang umfassend in der Automobilindustrie eingesetzten Verfahren, wie zum Beispiel das Laserschweißen oder das MAG-/MIG-Schweißen, stoßen angesichts dessen an ihre Grenzen. Nicht so das Rührreibschweißen. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, das gerade mit Blick auf die E-Mobilität in zahlreichen Bereichen zum Einsatz kommt und alternative Fügeverfahren ergänzt. Dabei steht die Erkundung dessen, was das Rührreibschweißen in puncto E-Mobilität bietet, bislang noch in den sprichwörtlichen Kinderschuhen.
Bisherige Fügeverfahren verursachen Schwierigkeiten im Sektor E-Mobilität
E-Fahrzeuge und Fahrzeuge mit Hybrid-Antrieb stellen an ihre Konstruktion sowie die verwendeten Bauteile hohe Anforderungen. So müssen beispielsweise die Elektromotoren, die Batterien sowie die gesamte Elektronik der Steuerungsgeräte dauerhaft gekühlt werden, um eine optimale Arbeitstemperatur zu ermöglichen. Gleichzeitig ist zu bedenken, dass die Batterien von Elektrofahrzeugen derzeit mit einem immensen Gewicht von mehreren hundert Kilogramm aufwarten. Entsprechend sollten die Materialien der Bauteile so gewählt werden, dass sie selbst möglichst leicht, gleichzeitig aber fest, formstabil und robust sind. Genau aus diesem Grund werden derzeit vorzugsweise Aluminiumdruckgussbauteile verwendet, um beispielsweise Gehäusekonstruktionen für Batterien und andere Elemente herzustellen. Denn während viele Aluminiumlegierungen in ihrer Festigkeit mit der von Stahl zu vergleichen sind, ist die Dichte und damit auch das Gewicht des Werkstoffs um gut zwei Drittel geringer.
Das Problem: Schweißverfahren, die mit großer Hitze arbeiten wie beispielsweise das Laserschweißen oder bei denen Zusatzstoffe integriert sind (MAG- oder MIG-Schweißen), liefern bei der Bearbeitung von Aluminium nur unzureichende Ergebnisse. Ganz anders sieht es dagegen beim Rührreibschweißen aus.
Welche Vorteile bietet das Rührreibschweißen für den E-Mobilitätssektor?
Das Rührreibschweißen ist ein Fügeverfahren, das insbesondere für das Fügen von Bauteilen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen perfekt geeignet ist. Anders als viele thermische Verfahren, wie etwa das Laserschweißen, entsteht beim Rührreibschweißen nur eine geringe Wärmeentwicklung. Da der Werkstoff nicht geschmolzen, sondern durch Reibung lediglich erwärmt wird, kommt es nicht zu den beim Schmelzen typischen Materialveränderungen.
Bei thermischen Schweißverfahren können beispielsweise im Bereich der Naht Poren entstehen, welche die Dichtheit verändern. Im schlimmsten Fall wird die Naht wasser- und gasundicht, was beispielsweise bei der Konstruktion von wassergekühlten Motorgehäusen oder ähnlichem fatal wäre. Auch die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumdruckgussbauteilen kann sich durch thermische Schweißverfahren verändern. Das gilt ebenso für das Schweißen mit Zusatzstoffen, wie es beim MIG-Schweißen der Fall ist.
Weil das Material beim Rührreibschweißen weder aufgeschmolzen noch durch den Einfluss von Zusatzstoffen verändert wird, behält es seine ursprünglichen Eigenschaften. Das betrifft sowohl die Wärmeleitfähigkeit als auch die Dichtheit sowie die elektrische Leitfähigkeit. Gleichzeitig wird das Material an der Fügenaht nicht spröde, weil keine intermetallische Zwischenschicht gebildet wird. Weitere Vorteile ergeben sich aufgrund der geringen Wärmeeinwirkung bzw. Wärmeentwicklung während des Fügeprozesses: Dies sorgt einerseits dafür, dass der zu erwartende Materialverzug sich auf ein Minimum reduziert und lässt gleichzeitig die Bearbeitung von Bauteilen bzw. das Fügen von Elementen zu, in denen die Elektronik bereits verbaut ist. Darüber hinaus ermöglicht das Rührreibschweißen das Erstellen von im Bereich der E-Mobilität attraktiven Mischverbindungen wie etwa der von Kupfer und Aluminium.
Anwendungsmöglichkeiten und Bauteilfertigung mit Rührreibschweißen in der E-Mobilität
- Batteriewannen und Batteriekästen
- Wärmeaustauscher
- Kabelverbinder
- Polverbinder (Batterie)
- Leistungselektronikgehäuse
- wassergekühlte Motorgehäuse
(Quelle: RRS Schilling GmbH)
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