Aluminium ist im Leichtbau das Mass aller Dinge. Ob in der Elektromobilität, der Luft- und Raumfahrt oder der Elektroindustrie – der Werkstoff ist aus modernen Fertigungsprozessen nicht wegzudenken. Beim Fügen stösst klassisches Schmelzschweissen jedoch schnell an seine Grenzen. Das Rührreibschweissen – englisch Friction Stir Welding (FSW) – löst dieses Problem grundlegend. In Kombination mit einem CNC Roboter entsteht daraus eine flexible, wirtschaftliche Lösung, auch für Bauteile mit komplexer Geometrie.

Was ist Rührreibschweissen?

FSW ist ein Festkörper-Fügeverfahren. Das bedeutet: Die Werkstücke werden nicht aufgeschmolzen, sondern durch Reibungswärme lediglich plastisch erweicht und unter hohem Druck zusammengeführt. Ein rotierendes Werkzeug wird dabei entlang der Fügelinie geführt und erzeugt durch Reibung die notwendige Prozesswärme.

Das Verfahren wurde 1991 am britischen The Welding Institute (TWI) erfunden und hat sich seither als Standardprozess für das Fügen von Aluminiumlegierungen etabliert, besonders dort, wo konventionelles Schmelzschweissen problematisch ist.

Warum klassisches Schmelzschweissen bei Aluminium an Grenzen stösst

Aluminium reagiert beim Schmelzschweissen empfindlich. Die häufigsten Probleme in der Praxis:

  • Verzug: Die hohen Temperaturen beim Schmelzschweissen führen zu thermischem Verzug, besonders bei dünnwandigen Strukturen
  • Porosität: Eingeschlossene Gase bilden Poren in der Schweissnaht und reduzieren die mechanische Festigkeit
  • Heissrisse: Bestimmte Aluminiumlegierungen neigen beim Erstarren zur Rissbildung
  • Aufwendige Nahtvorbereitung: Schmelzschweissen erfordert präzise Spaltmasse und Oberflächenvorbereitung

Rührreibschweissen umgeht diese Probleme strukturell: Da kein Aufschmelzen stattfindet, entfallen Verzug, Porosität und Heissrisse weitgehend. Das Ergebnis sind Schweissnähte mit hoher mechanischer Güte und geringem Nachbearbeitungsaufwand.

Die technische Herausforderung: Steifigkeit unter Last

Beim FSW wirken auf den Roboterarm Axialkräfte von typischerweise 2 bis 8 kN. Hinzu kommen Quer- und Drehmomente, die die Kinematik unter Last verformen. Bei einem konventionellen Industrieroboter führt dies direkt zu Bahnabweichungen – und damit zu ungleichmässigen Schweissnähten oder Prozessausfällen.

Standardroboter sind für diese Belastung schlicht nicht ausgelegt. Ihre Messsysteme erfassen die Achsposition am Motor, nicht auf der Abtriebsseite. Getriebenachgiebigkeit unter Last wird dabei nicht kompensiert. Das Ergebnis: Die Bahn weicht unter Prozesskraft von der programmierten Linie ab.

Secondary-Encoder-Technologie als Schlüssel zur Prozesssicherheit

Genau hier setzt der CNC-Präzisionsroboter von MABI Robotic an. Die Sekundärencoder messen die tatsächliche Achsposition direkt auf der Getriebeabtriebsseite – unter Last, in Echtzeit. Getriebenachgiebigkeit wird so kontinuierlich kompensiert. In Kombination mit der Siemens SINUMERIK ONE Steuerung sorgt das System für konstanten Vorschub und prozesssichere Bahnführung, auch bei den hohen Prozesskräften des FSW-Prozesses.

Die Programmierung erfolgt in G-Code über Siemens NX CAM, identisch zur konventionellen CNC-Fräsbearbeitung. Für Fertigungsplaner und CNC-Fachkräfte bedeutet das: kein Teaching, kein Umlernen, vertraute Werkzeugmaschinenlogik. Derselbe Roboterarm, der als Fräsroboter für die subtraktive Bearbeitung eingesetzt wird, kann für FSW umgerüstet werden – ohne den Grundaufbau der Zelle zu verändern.

Anwendungsgebiete: Wo FSW mit CNC-Roboter seine Stärken zeigt

Die Kombination aus Rührreibschweissen und CNC-Roboter ist überall dort sinnvoll, wo Aluminiumstrukturen mit hohen Anforderungen an Nahtqualität und geometrische Komplexität gefügt werden:

  • Elektromobilität: Fügen von Batteriewannen, Kühlplatten und strukturellen Gehäusebauteilen aus Aluminium
  • Luft- und Raumfahrt: Schweissen von Rumpfsegmenten, Strukturbauteilen und Leichtbauprofilen
  • Elektroindustrie: Verbinden von Aluminiumgehäusen und Wärmeleitelementen
  • Allgemeiner Leichtbau: Überall dort, wo Schmelzschweissen aufgrund von Verzug oder Legierungsempfindlichkeit ausscheidet

Die Flexibilität des CNC Roboters erlaubt dabei auch die Bearbeitung von Bauteilen mit komplexer Geometrie, die auf konventionellen FSW-Anlagen mit starren Portalkonstruktionen nicht zugänglich wären. Linearachsen erweitern den Arbeitsraum bei Bedarf auf grossformatige Strukturen.

Fazit: Festkörperfügen mit CNC-Präzision

Rührreibschweissen ist kein Nischenverfahren mehr. Überall dort, wo Aluminiumlegierungen gefügt werden müssen, ohne die Eigenschaften des Werkstoffs durch Aufschmelzen zu beeinträchtigen, ist FSW die technisch überlegene Wahl. Die entscheidende Frage ist nicht ob, sondern mit welchem System.

MABI Robotic AG setzt dafür auf den CNC-Präzisionsroboter der MAX-Serie mit Secondary-Encoder-Technologie und Siemens SINUMERIK ONE Steuerung, der die hohen Prozesskräfte des FSW zuverlässig aufnimmt und präzise Bahnen auch unter Last sicherstellt.

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