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Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Jean Pierre Bergmann

Fachgebietsleiter

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INHALTE

Pressschweißen

Forschungsschwerpunkte

- Rührreibschweißen und weitere reibbasierte Fügeverfahren
- Friction Stir Processing
- Ultraschallschweißen
- Diffusionsschweißen
- Kaltpressschweißen

Verantwortlicher Ansprechpartner:
M.Sc. Michael Grätzel


Verfahren aus dem Bereich des Pressschweißens haben sich bereits in zahlreichen industriellen Bereichen, wie im Automobil- und Kraftwerksbau oder auch in der Elektroindustrie etabliert. Neben einer hohen Energieeffizienz werden hier besonders Ansätze des Leichtbaus verfolgt, wie zum Bei- spiel das Ersetzen von mittelbaren durch stoffschlüssige Verbindungen, um die daraus resultieren- den Materialeinsparungen und Gewichtsvorteile zu nutzen. In diesem Bereich liegt der Fokus be- sonders auf Verfahren der Festphasen-Fügeprozesse. Der vergleichsweise geringe Wärmeeintrag beim Fügen unterhalb der Solidustemperatur führt zu einer verminderten Ausprägung intermetal- lischer Phasen und Reduzierung von mechanischen Spannungen an den Werkstoffübergängen, was besondere Relevanz für die Herstellung von Mischverbindungen darstellt.

Rührreibschweißen und weitere reibbasierte Fügeverfahren

In diesem Bereich liegen die Schwerpunkte besonders auf den Möglichkeiten und Herausfor- derungen beim Einsatz des FSW für Mischverbindungen, wie Al/Cu, Al/St oder Mg/St, beschichteten Werkstoffsystemen und Verbindungen von hochfesten, schwer umformbaren oder nicht konventionell schweißbaren Werkstoffen. Neben Ansätzen zur Werkzeug- und Prozessopti- mierung werden an dieser Stelle Methoden zur Prozessstabilisierung und Kraftreduzierung mittels Bauteilerwärmung durch Laser ( laser-assisted Friction Stir Welding LAFSW) und konduktive Erwärmung untersucht. 

Reibpunktschweißen

Des Weiteren stellen Punktverbindungen (Reibpunktschweißen) auf Basis des FSW Prozesses ein Arbeitsschwerpunkt dar. Als alternatives Verfahren zum Widerstandsschweißen  bzw. mechanischen Fügen werden vor allem Untersuchungen zu den Verbindungseigenschaften wie Festigkeit und Crashverhalten des FSSWs (Friction Stir Spot Welding) als auch die Substitution aktuell eingesetzter Verfahren durch das Reibpunktschweißen unter vergleichbaren Randbedingungen abgebildet.

Rührreibschweißen mit stehender Schulter

Das Reibwerkzeug der FSW / FSSW Verfahren stellt im Zusammenhang mit den Prozessgrößen den zentralen Punkt bei dieser Fügetechnik dar. Neben dem Materialfluss, können vor allem Qualität,  Prozesszeit und auch Kräfte maßgeblich durch das Werkzeugdesign beeinflusst werden. Schwerpunkte stellen daher Skalierungseffekte, Optimierungsansätze hinsichtlich geringer Prozesszeiten als auch der Übertrag dieser Erkenntnisse auf Mischverbindungen dar. Besonders Werkzeugkonzepte mit stehender Schulter zeigen in Bezug auf Kräfteminimierung und Verbesserung der Oberflächenqualität Potential für den industriellen Einsatz.

Friction Stir Processing

Das Friction Stir Processing (FSP) stellt eine Weiterentwicklung auf Basis des Rührreibschweißens dar. Statt zwei Werkstücke zu fügen, werden hier die oberflächennahen Bereiche eines Werkstücks durch das rotierende Werkzeug bearbeitet. So können Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften im Bearbeitungsbereich gezielt beeinflusst und verbessert werden. Eine weitere wichtige Anwendung stellt das  „Einrühren“ von Fremdstoffen in Form von Pulver, Hartstoffpartikeln etc.  in die Werkstückoberfläche dar, wobei  ähnlich wie beim Beschichten eine lokale Verstärkung des Werkstoffs an funktionsrelevanten Stellen erzielt wird.

Ultraschallschweißen

Das Fügen von Aluminiumleitern und Leiterver- bindungen (Terminals) aus Kupfer stellt ein etabliertes Verfahren für Elektroanwendungen dar. Hierbei stehen in der Forschung am Fachgebiet Untersu- chungen zum Einfluss der Prozessgrößen sowie der werkstofflichen Randbedingungen im Vorder- grund.  Große Relevanz für den Einsatz in der Praxis haben hier besonders die Wechselwir- kungen an den Grenzflächen sowie der Einfluss metallischer Zwischenschichten auf die Verbin- dungsbildung.

Diffusionsschweißen

Beim Diffusionsschweißen liegen praktische Anwendungen in der Fertigung innenkonturierter Bauteile für Temperierungen sowie der Herstellung von Mischverbindungen. Außerdem stellt es ein Modellverfahren für andere Festphasen-Fügeprozesse dar, mit welchem die rekristallisa- tions- und diffusionsbedingte Prozesse  an den Werkstoffübergängen unter einstellbaren Randbedingungen analysiert werden können.