Rührreibschweiß-Technologie von Grenzebach für den Leichtbau

TPV Automotive setzt insgesamt sechs FSW-Portalmaschinen von Grenzebach für die Serienproduktion von Batterieträgern für E-Fahrzeuge ein. (Bilder: Grenzebach)

Für die Fertigung von Batteriewannen für E-Fahrzeuge sind im Werk in Brežice nahe der kroatischen Grenze heute bereits sechs FSW-Portalmaschinen von Grenzebach im Einsatz. Die Batteriewannen werden aus verschiedenen Einzelteilen aus zwei verschiedenen Aluminiumlegierungen gefertigt. Vier Deckbleche und neun Strangpressprofile werden zu einer Batteriewanne verschweißt.

Dabei gilt Aluminium, unter anderem aufgrund der Aluminiumoxidschicht, als nicht oder nur schwer schmelzschweißbar. Beim Verarbeiten von Aluminiumlegierungen und Mischverbindungen eignet sich als Pressschweißverfahren das Rührreibschweißen ausgezeichnet, da die Komponenten an der Nahtstelle nicht verschmolzen, sondern miteinander verrührt werden. Die Nahtstelle wird zwar erhitzt, jedoch im festen Zustand verbunden. „Neben der hohen Schweißnahtqualität ist in der Serienfertigung natürlich die Geschwindigkeit bei den Prozessschritten ausschlaggebend. Die Technologie von Grenzebach hat uns bei diesen beiden wichtigen Kriterien vollauf überzeugt“, sagt Emir Šoštarec, Supply Chain Manager bei TPV Automotive.

Überzeugt vom Rührreibschweißen (v.l.n.r.): Andreas Preßlein, Christian Herfert (beide Grenzebach), Jože Blažinč und Emir Šoštarec (beide TPV Automotive).

Rührreibschweißen: ein rascher und zugleich robuster Prozessschritt

Die Vierachs-Portalanlagen von Grenzebach sorgen für absolute Prozesssicherheit über den gesamten Arbeitsbereich hinweg. Das Portalsystem ist auf eine hohe Achsdynamik und präzise Bahnführung ausgelegt – eingebettet im HYDROPOL® Maschinenbett, das speziell für sehr hohe Steifigkeiten, niedrige dynamische Nachgiebigkeit und Verformung ausgelegt ist. Aufgrund der hohen Einschweißtiefe kommt bei TPV Automotive das konventionelle Werkzeug mit rotierender Schulter zum Einsatz. Ein rascher und zugleich robuster Prozess, der über den gesamten Arbeitsbereich hinweg verlässliche und reproduzierbare Schweißnahtqualität liefert. „Die Batteriewannen müssen zu hundert Prozent dicht geschweißt sein, damit im Falle eines Schadens an der Batterie keine Flüssigkeit austreten kann“, erläutert Šoštarec.

Die Portalanlagen sind in eine automatische Produktionslinie integriert. Dabei bringt ein Roboter die Bauteile zu den einzelnen Bearbeitungsstationen, er bestückt auch die FSW-Maschinen.

Schweißnähte äußerst tragfähig und verzugsarm

Das Rührreibschweißen (FSW) kann hier seine Stärken besonders ausspielen. Ein rotierendes Werkzeug erzeugt durch Reibung und Druck an der Nahtstelle die benötigte Prozesswärme. Der Werkstoff wird durch die eingebrachte Wärme plastisch verformbar und durch die Rotation des Werkzeugs entlang der Nahtstelle verrührt. Die Naht, die auf diese Weise entsteht, zeichnet sich durch besondere Dichtigkeit aus. Weil die Schweißnaht auch mechanisch äußerst belastbar ist, kann sie an strukturrelevanten Stellen eingesetzt werden. Die hohe Belastbarkeit der FSW-Naht trägt zur Sicherheit der Fahrzeuge bei. Die Verbindungen, die durch FSW geschaffen werden, sind aufgrund des geringen Energieeintrags verzugsarm.

Friction Stir Welding: bewährt in der Serienfertigung

Die Experten von TPV Automotive und Grenzebach starteten bei der Messe Aluminium in Düsseldorf im Jahr 2018 ihre Zusammenarbeit. Damals gab TPV Automotive zwei FSW-Portalmaschinen in Auftrag. Diese laufen im Werk Brežice seit 2020 unter Serienbedingungen in drei Schichten pro Tag. Die Portalanlagen sind in eine automatische Produktionslinie integriert. Dabei bringt ein Roboter die Bauteile zu den einzelnen Bearbeitungsstationen, er bestückt auch die FSW-Maschinen. „Dass TPV Automotive vier weitere Rührreibschweiß-Maschinen integriert hat, bestätigt, wie sehr sich die beiden ersten Maschinen in der Serienfertigung mit anspruchsvollen Qualitäts- und Zeitkriterien bewähren. Wir freuen uns, dass die Produktionsleistung mit der FSW-Technologie deutlich hochgefahren wurde“, so Andreas Preßlein, Projektleiter bei Grenzebach.

Am Anfang der Zusammenarbeit der beiden Unternehmen standen Prototypen-Schweißungen am Hauptsitz von Grenzebach in Hamlar bei Augsburg. Diese begleitete ein Fachmann von TPV Automotive vor Ort. „Intensives fachliches Sparring mit unseren Kunden gehört für uns zur Arbeitsphilosophie. So lernen wir die Bedürfnisse und Anforderungen genau kennen und können die Technologie individuell anpassen und auch gemeinsam weiterentwickeln“, meint Christian Herfert, Head of Friction Stir Welding Technology bei Grenzebach.

Emissionsfreies Verfahren für grüne Mobilität

So wie E-Fahrzeuge mit Zielrichtung klimafreundlicher Mobilität immer mehr an Fahrt aufnehmen, so kommt für die Produktion von Aluminium-Bauteilen immer häufiger das Rührreibschweißen zum Einsatz. Dabei gilt nicht zuletzt: emissionsfreies Verfahren trifft auf emissionsarme Antriebstechnologie. Im Vergleich zum herkömmlichen Schmelzschweißverfahren wie etwa dem Lichtbogenschweißen werden beim Rührreibschweißen weder Schweißdraht noch Schutzgas oder aufwändige Abluftsysteme benötigt. Darüber hinaus ist die Anwendung geräuscharm und erzeugt keine optische Strahlung.

Mit den sechs FSW-Portalanlagen von Grenzebach kann TPV Automotive seinen praktischen Beitrag zu grüner Mobilität weiter ausbauen. Eine FSW-Portalmaschine fertigt rund 80 Batteriewannen pro Tag, die sechs Maschinen können pro Woche 3.000 Teile liefern.