Geschweißt in Schmiedequalität

Moderne Rotationsreibschweißzelle in Neckarsulm

Der Kolbenschmidt-Standort Neckarsulm ist das Leitwerk für Stahlkolben innerhalb des Konzerns. In der hochmodernen Vorbearbeitungslinie für Nkw-Stahlkolben setzt Rheinmetall Automotive auf eine innovative Technologie: das Rotationsreibschweißen.

Seit August 2015 bündelt die Vorbearbeitungslinie alle dem Schmieden nachgelagerten Arbeitsschritte unter einem Dach. Dadurch wurde nicht nur die Fertigungstiefe in Neckarsulm erhöht, sondern auch die Position des Standorts als weltweites Leitwerk für Stahlkolben gefestigt. Ein Highlight der Linie ist die Rotationsreibschweißzelle.

Reibungshitze statt Lichtbogen

Und so funktioniert das Verfahren, genauer gesagt die hier eingesetzte Variante Schwungrad-Reibschweißen: Zunächst werden Ober- und Unterteil der Stahlkolben zerspant. Eines der beiden Teile wird stationär, das Gegenstück an einem Schwungrad befestigt. Das Schwungrad beschleunigt dann stark, bis es eine vorab definierte Geschwindigkeit erreicht. Das rotierende Teil wird anschließend gegen das unbewegliche Teil gepresst.

270.000 NKW-Stahlkolben können jährlich auf der neuen Linie in Neckarsulm produziert werden

Die dabei entstehende Reibung bremst das Schwungrad ab und verwandelt gleichzeitig die Bewegungsenergie in Hitze. Diese ist so stark, dass sie die sich berührenden Flächen der zwei Teile erweicht. In diesem Zustand können sich die beiden Werkstücke fest miteinander verbinden. Zum Einsatz kommt das Schwungrad-Reibschweiß-Verfahren – neben dem Automotive-Bereich – in der Flugzeug- und Raumfahrttechnik.

Flexible Zelle

Die Anlage in Neckarsulm wird aktuell ausschließlich zur Herstellung von Stahlkolben verwendet und ist auch speziell hierfür ausgelegt. Die Reibschweißzelle ist flexibel, was Größe und Design der Kolben betrifft: Es besteht die Möglichkeit, Kolben mit einem Durchmesser von 80 bis 200 Millimeter zu schweißen. Die aktuell gefertigten Stahlkolben bestehen aus dem Vergütungsstahl 42CrMo4 oder aus dem mikrolegierten Stahl 38MnVS6. Es besteht aber auch die Möglichkeit alternative Stahlwerkstoffe zu verwenden, z. B. Inconel-Stahl.

Das Verfahren bringt viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren mit sich – sowohl im Produktionsablauf als auch bei der Qualität. So sind zum Beispiel die Schweißzeiten sehr kurz. „Alle 60 Sekunden kann in der neuen Reibschweißzelle ein NKW-Kolben verschweißt werden“, erklärt Projektleiter Christian Schaller. Weil das Material dabei nur erwärmt und nicht geschmolzen wird, ist zudem die thermische Werkstoffbelastung gering, was sich in einer hervorragenden Qualität der Verbindung zeigt. „Das Grundmaterial wird nicht aufgeschmolzen, daher besteht keine Gefahr von Porenbildung, Erstarrungsdefekten wie Gasporositäten oder Schlacke-Einschlüssen. Auch Seigerungen, also ungewollte Entmischungen, können nicht entstehen“, zeigt Schaller weitere Pluspunkte auf. „Die Qualität ist auf dem gleichen Niveau wie beim Schmieden.“

Keine Emissionen

Auch die Mitarbeiter wissen das Schwungrad-Reibschweißen zu schätzen, wenn sie sich in der Nähe der weitgehend automatisierten Schweißzelle aufhalten: Das Verfahren benötigt in der Regel kein zusätzliches Schweißgut oder -gas und es entstehen keine belastenden Emissionen wie Strahlung, Spritzer oder Rauch. „Es ist keine Absaugung erforderlich, weil keinerlei Gefahr durch Schadstoffe für die Mitarbeiter besteht“, erklärt Schaller. „Das Reibschweißen kommt ohne Lichtbogen oder Laserstrahl aus, somit ist jedes Risiko von optischer Strahlung ausgeschlossen. Das erleichtert nicht nur den Einblick in den Prozess, sondern nimmt auch mögliche Berührungsängste.“