Leichte und belastbare Bauteile sind das Ergebnis des neu entwickelten Verfahrens der Materialprüfanstalt der Universität Stuttgart. Die Forscher haben auf Basis des Rührreibschweißens ein Verfahren entwickelt, mit dem sich hybride Blechplatinen herstellen lassen. Dabei werden Aluminium- und Stahlbleche auch unterschiedlicher Dicken miteinander hochfest verschweißt.

Die Basis des neuen Verfahrens ist das Rührreibschweißen. Bei dem Schweißprozess fährt ein rotierendes Werkzeug (Rühren) längs des zu fügenden Spalts mit viel Kraft (Reiben) entlang und verbindet so die Blechplatinen. Laut Martin Werz von der Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart entstehen beim gängigen Lichtbogenschweißen von Stahl und Aluminium brüchige intermetallische Verbindungen. „Beim Rührreibschweißen entstehen hingegen hochfeste und stabile Hybridplatinen“, sagt Werz. Diese werden auch „Hybrid Tailor Welded Blanks“ genannt. Werz zu den Vorteilen des Verfahrens: „Wir können die Bleche gleichzeitig Stumpf- und Überlapp verschweißen und so eine größere Querschnittsfläche erzielen, die wiederum eine höhere Festigkeit und folglich auch eine höhere Umformbarkeit gewährleistet.“ Die Naht ist so stabil, dass sich die Hybridplatinen sogar tiefziehen lassen. „Selbst bei komplexen Geometrien wie Rundungen hält unsere Schweißnaht“, sagt Werz.

Vorteile für die Automobilproduktion

Vor allem die Automobilindustrie könnte von dem neuen Verfahren profitieren. Werz: „So kann man sich in einem Bauteil die Vorteile von dünnen Blechen aus hochfesten Stählen und Aluminiumblechen mit etwas höherer Dicke und der daraus resultierenden, höheren Beulsteifigkeit zunutze machen, indem man beide Werkstoffe ressourcenschonend miteinander kombiniert.“ Unter Beulsteifigkeit versteht man die Widerstandsfähigkeit eines Bauteils gegenüber einer elastischen Belastung senkrecht zur Oberfläche. Das heißt, das Material gibt wie eine Feder nach und geht nach Ende der Beanspruchung wieder in die ursprüngliche Form zurück, ohne ein „Beule“ davongetragen zu haben.

Die entstehende Naht ist so stabil, dass sich die Hybridplatinen sogar tiefziehen lassen. So können leichte und belastbare Bauteile entstehen, etwa für den Automobilbereich. © MPA Stuttgart

„Bislang wird im Karosseriebau die Hybridisierung erst durch die Montage von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen erreicht. Durch unsere Entwicklungen ermöglichen wir bereits in einzelnen Bauteilen, Aluminium und Stahl zu kombinieren. So eröffnen sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Strukturoptimierung, die zur Gewichtsreduzierung genutzt werden können“, meint Werz. Der Experte geht zudem davon aus, dass durch die Anwendung entsprechender Hybridplatinen im Automobilbau das Gewicht der Rohkarosserien um circa 10 Prozent gesenkt werden kann – bei gleicher Sicherheit. Weniger Gewicht führt wiederum zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und reduzierten Emissionen.

In diesem Video wird der Vorgang des Rührreibschweißens kurz und anschaulich erklärt.

Nach Unterlagen von Leichtbau BW / ag