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Die Entdeckungsgeschichte des Reibschweißens: Warum wirkt ein Patent aus dem Jahr 1924 bis heute so nachhaltig?
Reibschweißen (FW) ist ein Festkörperschweiß- und Verbindungsverfahren, bei dem mechanische Reibung zwischen relativ zueinander bewegten Werkstücken zur Wärmeerzeugung genutzt wird. Bei diesem Prozess werden die Materialien plastisch verformt und miteinander verschmolzen, indem eine seitliche Kraft ausgeübt wird, die als „Stauchung“ bezeichnet wird. Die Reibschweißtechnik ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Automobilindustrie weit verbreitet und spielt eine wichtige Rolle beim Schweißen von Metallen und thermoplastischen Materialien.
„Reibschweißen ist eine Festkörperschweißtechnologie wie das Schmiedeschweißen, aber ihr Funktionsmechanismus und ihr Anwendungsbereich sind breiter.“
Geschichte des Reibschweißens
Die ersten Anmeldungen und Patente für das Reibschweißen reichen bis ins frühe 20. Jahrhundert zurück, wobei das Rotationsreibschweißen das älteste der verschiedenen Verfahren ist. Im Jahr 1924 erhielt W. Richter im Vereinigten Königreich ein Patent für die Technologie des linearen Reibschweißens (LFW), und H. Klopstock erhielt anschließend ein ähnliches Patent in der Sowjetunion. Obwohl die ursprüngliche Beschreibung eher vage war, legten diese frühen Patente einen wichtigen Grundstein für die Reibschweißtechnologie.
Im Jahr 1956 führte ein Techniker namens A. I. Chudikov in der Sowjetunion wissenschaftliche Untersuchungen zum Rotationsreibschweißen durch und führte es erstmals als kommerzielles Verfahren ein. 1960 wurde die Technologie in den Vereinigten Staaten eingeführt und Unternehmen wie Caterpillar Tractor Company, Rockwell International und die American Manufacturing Foundry begannen mit der Entwicklung entsprechender Maschinen. Die Entwicklung dieser Patente fand nicht nur in Europa und der Sowjetunion breite Anwendung, sondern ebnete auch den Weg für spätere technologische Fortschritte.
Mainstream-Technologie des Reibschweißens
Reibschweißen umfasst viele Formen. Die folgenden sind die wichtigsten Schweißmethoden:
Rotationsreibschweißen
Beim Rotationsreibschweißen (RFW) dreht sich ein Schweißelement relativ zu einem anderen Element und übt Druck aus. Durch Reibung wird das Material erhitzt, wodurch eine unlösbare Schweißverbindung entsteht.
Lineares Reibschweißen
Beim linearen Reibschweißen (LFW) wird eine Komponente in einer linearen Hin- und Herbewegung bewegt, eine feste Komponente berührt und Druck ausgeübt.
Reibrührschweißen
Das Reibrührschweißen (FSW) ist ein Festkörperverbindungsprozess, bei dem ein nicht verbrauchbares Werkzeug verwendet wird, um zwei gegenüberliegende Werkstücke zu verbinden, ohne dass das Material schmilzt. Während sich das Werkzeug entlang der Verbindungslinie bewegt, erweicht die durch die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstückmaterial erzeugte Wärme das Material im Kontaktbereich und ermöglicht so das Schweißen.
Reiboberflächenbehandlung
Reibschweißen ist ein vom Reibschweißen abgeleiteter Prozess, bei dem Beschichtungsmaterial durch einen rotierenden Stab aus Beschichtungsmaterial (Mechtrode genannt) aufgetragen wird und eine plastifizierte Verbindungsschicht bildet.
Anforderungen an die Schweißqualität
Die Qualitätsanforderungen an das Reibschweißen hängen vom Anwendungsbereich ab, beispielsweise sind Schweißfehler in der Luft- und Raumfahrtindustrie nicht akzeptabel. Die Prüfung der Schweißqualität wird häufig mit messtechnischen und digitalen Methoden durchgeführt, mit der Hoffnung, Legierungen oder Metalle mit ultrafeinen Kornstrukturen zu erhalten.
„Die feine Mikrostruktur, die beim Reibschweißprozess entsteht, ist entscheidend für die Leistung der Schweißverbindung.“
Technologische Entwicklung und Zukunftsaussichten
Die Weiterentwicklung der Reibschweißtechnik spiegelt sich nicht nur in der Vielfalt der Schweißverfahren wider, sondern auch in der wachsenden Zahl kommerzieller Anwendungen. Seit den 1960er Jahren haben viele Unternehmen weiterhin Innovationen entwickelt und neue Hybridtechnologien wie das Reibschweißen mit geringer Kraft entwickelt, um die zum Schweißen erforderliche Kraft zu reduzieren und die Schweißeffizienz und -qualität zu verbessern.
Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie ist die Anwendung der Reibschweißtechnologie nicht nur auf Metallmaterialien beschränkt, sondern hat sich nach und nach auch auf das Schweißen thermoplastischer Materialien ausgeweitet, was der künftigen Fertigungsindustrie neue Dynamik verleiht.
Diese historischen und technologischen Entwicklungen zeigen deutlich, dass der Einfluss der Reibschweißtechnologie vom Patent im Jahr 1924 bis zur aktuellen weit verbreiteten Anwendung immer noch weitreichend ist und die kontinuierliche Innovation und Veränderung der Branche in der Zukunft vorantreiben kann. Wie wird sich Ihrer Meinung nach die zukünftige Entwicklung des Reibschweißens auf die moderne Fertigung auswirken?
