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Hier steppt der Robi Roboter beherrschen jetzt das Rührreibschweißen mit Aluminium und Stahl

Quelle: MPA 2 min Lesedauer

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Forscher der Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart haben das Rührreibschweißen (Friction Stir Welding) für Roboter möglich gemacht. Das werde den Leichtbau pushen ...

Leichtbau-Pusher! Was der Roboterarm hier blaues in den Klauen hat, nennt sich Steppwelder und wurde vom MPA der Universität Stuttgart entwickelt. Damit wird es endlich möglich, dass Roboter das Rührreibschweißen ohne größeren Aufwand in Serie durchführen können. (Bild: MPA der Uni Stuttgart / D. Walz)
Leichtbau-Pusher! Was der Roboterarm hier blaues in den Klauen hat, nennt sich Steppwelder und wurde vom MPA der Universität Stuttgart entwickelt. Damit wird es endlich möglich, dass Roboter das Rührreibschweißen ohne größeren Aufwand in Serie durchführen können.
(Bild: MPA der Uni Stuttgart / D. Walz)

Die neu entwickelte Schweißzange Steppwelder, die an der MPA entstand, ermöglicht das Fügen hochfester Aluminiumlegierungen in Rekordzeit – ohne schwere externe Gegenhalter benötigen zu müssen, wie es heißt. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt nun die Markteinführung der patentierten Innovation. Der Hintergrund: Der moderne Karosseriebau steht unter hohem Innovationsdruck. Denn um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen, müssen vermehrt hochfeste aber leichte Aluminiumlegierungen und Hybridverbindungen (etwa die Kombination Aluminium und Stahl) eingesetzt werden. Letzteres kann per Rührreibschweißen erreicht werden, doch bisherige Verfahren scheiterten, wenn es um die flexible Serienfertigung ging, oft an den hohen Prozesskräften, die eben schwere, unflexible Gegenhalter erforderlich machten, so die Forscher. Das sei nun passé.

Mit integriertem Kraftfluss und flottem Steppnahtprinzip

Das MPA-Team um Projektleiter Dominik Walz und die Erfinder Florian Panzer, Stefan Weihe und Dr.-Ing. Martin Werz haben diese Hürde nämlich erfolgreich genommen. Der Kern der Innovation ist, wie es weiter heißt, die per Roboter geführte Schweißzange Steppwelder, die einen aktiv verfahrbaren, integrierten Gegenhalter aufweist. So entstehe ein geschlossener Kraftfluss direkt im Zangengestell, was den Einsatz an herkömmlichen 6-Achs-Industrierobotern ohne aufwendige externe Vorrichtungen erlaube. Als besonderes Highlight wird dabei auf das namensgebende Steppnahtprinzip verwiesen. Denn durch das Aneinanderreihen kurzer Schweißungen könnten flexible 2D- und 3D-Verläufe extrem schnell durchgeführt werden, wobei beispielsweise eine 50 Zentimeter lange Naht meist in unter zwei Sekunden erledigt sei. Die technologische Reife sei bereits weit fortgeschritten. Eine vollständige Schweißzelle für Validierungsversuche inklusive eines digitalen Zwillings steht demnach schon bereit.

CAD-Entwurf des zweiten Prototyps der Rührreibschweißzange Steppwelder mit verschiedenen Welding-Modes zur Erstellung von Punkt-, Linien- oder 3D-Nähten.(Bild: MPA der Uni Stuttgart / D. Walz)
CAD-Entwurf des zweiten Prototyps der Rührreibschweißzange Steppwelder mit verschiedenen Welding-Modes zur Erstellung von Punkt-, Linien- oder 3D-Nähten.
(Bild: MPA der Uni Stuttgart / D. Walz)

Rührreibschweiß-Innovation für nachhaltigen Leichtbau

Bis zum Abschluss der Validierungsphase im Juni 2026 soll das robotische Rührreibschweißen für den Einsatz in der Automobilindustrie, Luftfahrt und dem Maschinenbau marktreif sein. Und außer in Sachen Wirtschaftlichkeit punkte der Steppwelder auch beim Thema Nachhaltigkeit. Denn der Prozess komme ohne Zusatzwerkstoffe aus, erzeuge weder Rauch noch Spritzer und arbeite mit minimalem Energieaufwand. Gleichzeitig ermögliche er massive Gewichtseinsparungen bei komplexen Geometrien, wie Batteriegehäusen oder Megacastings. Das Projekt wird übrigens mit rund 1,4 Millionen Euro durch die Validierungsförderung „VIP+“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

(Die Technologie ist durch Patente in Deutschland und den USA (DE 102018111496 B4, US 11407606 B2) geschützt. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH ist mit der wirtschaftlichen Verwertung beauftragt und bietet interessierten Unternehmen ab Juli 2026 Möglichkeiten zur Lizenzierung und Kooperation an).

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