Stirweld: Druckgussteile

Rührreibschweißen von wassergekühlten Druckgussbauteilen für die Elektromobilität

10:00 min, © Stirweld, 25. März 2024   

Wenn Sie Fragen zum Rührreibschweißen oder diesem Webinar über FSW-Kühlplatten für Elektrofahrzeuge haben, kontaktieren Sie bitte stephan.kallee@alustir.com oder rufen Sie uns über + 49 6024 636 0123 unverbindlich an.

Das Akronym FSW ist eine Abkürzung von Friction Stir Welding und wird häufig verwendet, um das Rührreibschweißen zu beschreiben. Das Video ist wie folgt gegliedert:

     00:00 – Einführung

     00:25 – Inhaltsangabe

     01:10 – Thermo-Management-Bauteile, die mit FSW hergestellt werden

     07:04 – Stirwelds Referenzen für FSW-Kühlplatten

     07:31 – Markt- und Kostenanalyse für FSW-Kühlplatten

     09:33 – Weiterführende Informationen

Zur Einführung wird eine Folie über die Firma Stirweld gezeigt: Stirweld ist ein französisch-amerikanisches Unternehmen mit Standorten in Frankreich und Michigan (USA), deren Produkte und Dienstleistungen insbesondere im deutschsprachigen Raum über AluStir erhältlich sind.

Stirwelds Hauptprodukt ist die im Video gezeigte „Blue Box“. Es handelt sich dabei um einen FSW-Kopf für CNC-Fräsmaschinen. Stirweld sind die ersten auf der Welt, die einen solchen Kopf auf den Markt gebracht haben. Sie können diesen Kopf in jede Art von CNC-Fräsmaschine einbauen, und die Kosten sind im Grunde zehnmal günstiger als bei speziell für das FSW konzeptionierten Maschinen.

Stirweld befasst sich hauptsächlich mit der Herstellung und Vermarktung von FSW-Köpfen und hat bis heute weltweit 53 FSW-Köpfe geliefert. Stirweld Kunden auf der ganzen Welt in der Automobil- sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie. Das hier gezeigte Webinar fokussiert sich aber auf Kühlkörper in Aluminium-Druckgussteilen für den Automobilbau und die eMobility.

 Um den FSW-Prozess zu erklären, werden folgende vier Schritte betrachtet:

1. Die Werkstücke werden meist entweder im Stumpfstoß oder im Überlappstoß ausgerichtet, also nebeneinander oder übereinander. In einer Spannvorrichtung werden die Bauteile auf eine feste Unterlage gepresst und verhindert, dass sie sich seitlich verschieben können.

2. Dann wird ein sich drehendes Werkzeug verwendet, das aus einem Pin und einer Schulter besteht. Es wird mit hoher Kraft in den Schweißspalt hineingpresst, so das der Pin in die Bauteile eindringt.

3. Sobald die Schulter die Oberfläche berührt, wird das sich drehende FSW-Werkzeug entlang der Fügelinie verfahren. Dabei wird das plastifizierte, aber nicht flüssige Material um den Stift herum von vorne nach hinten gefördert und in den Schweißspalt gepresst. Der Schmelzpunkt der Bauteile wird dabei nicht erreicht, sondern bei Aluminium wird nur eine Temperatur von etwa 500°C erreicht, während der Schmelzpunkt bei etwa 600°C liegt. Für die Aluminiumlegierung 6082 aus Aluminium und Magnesium liegt er bei 585-650 °C, während Reinaluminium erst bei 660° schmilzt. Es handelt sich also um ein Pressschweißverfahren in der festen Phase ohne die Werkstoffe aufzuschmelzen.

4. Am Ende der Schweißnaht wird das Werkzeug nach oben herausgezogen, wobei ein Endloch verbleibt, das der Form des FSW-Werkzeugs entspricht. Da es gute Lösungen gibt, damit umzugehen, ist das kein Verfahrensnachteil.

Das rührreibge­schweißte, wassergekühlte Gehäuse verfügt über einen Kühlkanal, der mit FSW wasserdicht abgedichtet wird. Die Verfahrensvorteile sind wie folgt.

• Geringe Kosten (Ersatz von Schrauben und Dichtungen)
• 100% wasserdicht (keine Porosität und daher 15 Jahre lang keine Lecks)
• Hohe mechanische Festigkeit

In Elektroautos, in denen zur Gewichtsersparnis vor allem Aluminiumkomponenten mit Mischverbindungen aus Gussbauteilen, Strangpressprofilen und Blechen eingesetzt werden, bietet FSW besondere Vorteile. Zum Beispiel für die Herstellung von Batteriewannen, wassergekühlten Gehäusen für die Hochleistungselektronik, DC-AC-Wechselrichtern zwischen den Batterien und dem Motor, und auch den Elektromotoren, bei denen das wassergekühlte Motorgehäuse zunehmend aus rührreibgeschweißten Gussbauteilen hergestellt wird, die während des Betriebs von einer Wasser-Glykol-Flüssigkeit durchströmt werden.

Daher werden im Webinar Beispiele von rührreibgeschweißten Bauteilen gezeigt, unter anderem einem etwa 200 x 200 x 75  mm großer Wechselrichter, sowie weitere Anwendungsbeispiele in dem kompletten, 45 Minuten langen Mitschnitt, der über https://bit.ly/43oOfbT kostenlos abrufbar ist.