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Reibschweißen revolutioniert die Luftfahrt
Beim Reibschweißen, Rührreibschweißen oder auch Reibrührschweißen genannt wird ein rotierendes Werkzeug mit einer speziellen Geometrie – bestehend aus einem Schaft und einer Schulter – in die Stoßkante der zu verbindenden Werkstücke gedrückt. Durch die Reibung zwischen Werkzeug und Material entsteht Wärme, die das Material plastifiziert (es wird weich, ohne zu schmelzen). Unter hohem Druck und der Rotation des Werkzeugs wird das Material entlang der Nahtlinie verrührt und eine feste Verbindung gebildet.
Der Ablauf des Rührreibschweißens
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Eintauchen: Das Werkzeug wird in die Schweißnaht eingetaucht.
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Rühren: Das rotierende Werkzeug bewegt sich entlang der Naht und verrührt das plastifizierte Material.
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Abkühlung: Das Werkzeug wird entfernt, und das Material kühlt ab und bildet eine feste Verbindung.

Reibschweißen - Quelle: Wikipedia
Das Rührreibschweiß Werkzeug
Das Werkzeug für das Reibschweißverfahren besteht in der Regel aus einer rotierenden Stift- oder Nadelkonfiguration, die in das zu verbindende Material eingeführt wird. Die Geometrie des Werkzeugs ist entscheidend für den Schweißprozess, da sie die Reibungswärme und die plastische Verformung des Materials beeinflusst. Ein typisches Werkzeug für das Rührreibschweißen hat eine konische Spitze, die eine gute Durchmischung der zu schweißenden Materialien ermöglicht.

Die zu schweißenden Materialien beim Rührreibschweißen können verschiedener Natur sein, darunter Aluminium, Stahl, Titan oder Magnesiumlegierungen. Da diese Materialien oft eine hohe Festigkeit und/oder spezifische Eigenschaften aufweisen, ist es wichtig, dass das Werkzeug entsprechend robust und hitzebeständig ist. Zudem muss die Geometrie des Werkzeugs so gewählt werden, dass es eine gute Verbindung zwischen den Materialien herstellen kann, ohne dabei Defekte wie Lunker oder Risse zu erzeugen. Durch das richtige Design und die Auswahl des Werkzeugs können hochwertige Schweißverbindungen hergestellt werden, die den Anforderungen in verschiedenen Branchen gerecht werden.
Werkstoffe
Durch das Reibschweißen können eine Vielzahl von Werkstoffen miteinander verschweißt werden. Dazu gehören unter anderem metallische Werkstoffe wie Aluminium, Stahl, Kupfer und Titan. Auch Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen und PVC können mittels Reibschweißen miteinander verbunden werden. Durch die hohe Temperaturentwicklung und den Druck, der beim Reibschweißen erzeugt wird, können auch Werkstoffe miteinander verschweißt werden, die normalerweise nicht verschweißbar wären.
In der Luftfahrtindustrie ist vor allem das Reibrührschweißen von Aluminium und Titan in Verwendung.
Die Vorteile des Reibschweißens
Das Rührreibschweißen bietet mehrere Vorteile gegenüber konventionellen Schweißverfahren, insbesondere bei Materialien wie Aluminiumlegierungen, die oft schwierig zu schweißen sind:
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Keine Schmelze und weniger Verzug: Da das Material nicht geschmolzen wird, treten weniger Spannungen und Verzerrungen auf.
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Hohe Festigkeit der Schweißnähte: Da das Material nicht geschmolzen, sondern im festen Zustand verbunden wird, entstehen porenfreie, homogene Verbindungen mit hoher Festigkeit. Dies ist entscheidend für die Belastbarkeit von Bauteilen in der Luftfahrt.
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Umweltfreundlich: Es werden keine Schutzgase oder Zusatzmaterialien benötigt, wodurch der Prozess umweltfreundlicher ist.
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Breite Materialkompatibilität: Besonders gut geeignet für Leichtmetalle wie Aluminium, aber auch für Kupfer, Titan und Magnesium.
In der Luftfahrtindustrie waren und sind Nietverbindungen seit Jahrzehnten der Standard zur Verbindung von Leichtbaustrukturen - doch sie bringen auch einige Nachteile mit sich: hoher Materialbedarf, zusätzliches Gewicht und höhere Kosten gehen mit dieser Verbindungsmethode einher. Genau hier bietet das Rührreibschweißen (engl. Friction Stir Welding kurz FSW) eine innovative Alternative, die durch ein rotierendes Werkzeug die beiden zu verbindenden Blechbauteile plastifiziert und nahtlos und ohne Materialüberlappung verbindet, ohne zu schmelzen. Dadurch entstehen hochfeste, porenfreie Verbindungen, die Nietverbindungen in Festigkeit und Leichtbau übertreffen – ein entscheidender Vorteil für Flugzeughersteller.

Quelle: Fooke GmbH
Einsatzbereiche
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Flugzeugrumpf:
Aluminiumlegierungen, die häufig im Flugzeugbau verwendet werden, lassen sich mit FSW zuverlässig verbinden, was die Herstellung von leichten und robusten Flugzeugrümpfen ermöglicht.
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Kraftstofftanks und Tragflächen:
Die dichte und porenfreie Verbindungstechnologie ist ideal für Bauteile, die unter Druck stehen, wie z. B. Kraftstofftanks oder Tragflächen.
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Satelliten und Raumfahrttechnik:
In der Raumfahrt kommen häufig komplexe Werkstoffkombinationen und spezielle Anforderungen an die Materialfestigkeit zum Tragen. Das Rührreibschweißen hat hier aufgrund seiner Präzision und Zuverlässigkeit Einzug gehalten.
Herausforderungen und Nachteile in der Anwendung
Trotz der zahlreichen Vorteile gibt es auch Nachteile des Reibschweißens, die es zu überwinden gilt:
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Materialauswahl:
Nicht alle Werkstoffe sind gleichermaßen gut für das Rührreibschweißen geeignet.
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Investitionskosten:
Die Maschinen und Werkzeuge für FSW sind kostspielig, weshalb kleinere Betriebe oft zögern, diese Technologie einzuführen.
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Automatisierung:
Die Integration in hochautomatisierte Fertigungsprozesse erfordert technisches Know-how und Anpassungen.

Quelle: FOOKE GmbH (MICADO - SPANNVORRICHTUNG)
Fazit - eine umweltfreundlichere Zukunft
Da das Rührreibschweißen ohne Schmelzen auskommt, benötigt es weniger Energie und trägt zur Reduktion des CO₂-Ausstoßes in der Fertigung bei. Dieses Verfahren fördert eine nachhaltigere Produktion und unterstützt die Luftfahrtindustrie auf ihrem Weg zu umweltfreundlicheren Technologien.
Durch den Einsatz von Rührreibschweißen eröffnen sich für Luftfahrtunternehmen neue Möglichkeiten: Die Technologie ermöglicht nicht nur die Herstellung stabilerer und leichterer Flugzeuge, sondern optimiert auch die Produktionsprozesse in wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht – ein echter Fortschritt im Vergleich zu herkömmlichen Nietverbindungen.