Katalysator für die Automobilindustrie

Foto: UCDplus GmbH/Bastian Ehl
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Konkurrenz belebt das Geschäft, so heißt es im Volksmund. Für den Automobilzulieferer IFA Holding GmbH brachte sie eine neuartige Hochpräzisionsreibschweißmaschine mit einem Potenzial von jährlich mehr als einer Million Schweißungen ins Haus. Den Weg hierfür ebnete das Forschungsteam um Prof. Dr.-Ing. Frank Trommer mit dem 2015 entwickelten Fügeverfahren des aufgleitenden Reibschweißens.

Text: Katharina Remiorz

Schneller, besser, höher, weiter: Seit Beginn der Globalisierung stehen heimische Unternehmen mehr denn je unter Druck, sich mit ihren Produkten und Dienstleistungen am Markt zu behaupten – mit mehr Vielfalt, kürzeren Entwicklungszeiten und einer höheren Qualität bei gleichbleibenden Kosten. Auch Sachsen-Anhalts größter Automobilzulieferer sah sich gefordert, nachzuziehen. Das Unternehmen suchte und fand Unterstützung im Magdeburger Herrenkrug. In Kooperation mit der Otto-von-Guericke-Universität entwarf die Hochschule ein innovatives Reibschweißverfahren, das alle Kriterien in sich vereint und das industrielle Fügen von Bauteilen mit verschiedensten Materialkombinationen ermöglicht.

Reibschweißen neu gedacht

Druck und Reibung bringen dabei zusammen, was zusammengehört – egal ob Aluminium, Titan, Stahl oder Gusseisen. „Natürlich kann man auch mit dem Laserschweißverfahren, das in starker Konkurrenz zum Reibschweißen steht, verschiedene Werkstoffe verbinden“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Frank Trommer. Doch die Vorteile gegenüber dem zuvor extern geführten und damit logistisch aufwendigen Laserschweißen liegen auf der Hand: Das Rotationsreibschweißen, das auch im Maschinen- und Anlagenbau angewendet wird, gelingt ganz ohne Schweißmittel, benötigt keine (kosten-)intensive Vorbereitung und steht anderen Schweißverfahren in seiner Präzision in nichts nach. „Das Laserschweißen birgt hingegen technologisch bedingt Nachteile wie den hohen Reinheits- und Werkstoffanforderungen an die Schweißbauteile, welche sich in erhöhten Kosten niederschlagen“, ergänzt der Ingenieurwissenschaftler.

Das IFA-Forschungsprojekt war eines der ersten, an denen Prof. Dr.-Ing. Frank Trommer, damals noch als Vertretungsprofessor, mitwirkte und erinnert sich: „Eine wesentliche Herausforderung bestand in der konstruktiven Gestaltung der Fügestellen.“ Denn während beim konventionellen Reibschweißen die Stirnseiten miteinander verbunden werden, richten sich die Werkstücke beim aufgleitenden Reibschweißen selbst an- und ineinander aus. „Es galt, das technische Umfeld, die Konzeptionierung der Spannmittel und die Prüf bedingungen neu zu denken.“

Vollgas für neue Serienproduktion

Sein Team leistete Pionierarbeit: Nach und nach tastete es sich an die Problemstellung heran, experimentierte mit Dummys und simulierte hohe Druck-, Zug- und Drehbelastungen am Schwingprüfstand, um die Parameter aufs Äußerste zu testen. Die Otto-von-Guericke-Universität unterstützte den Prozess u. a. mithilfe einer weltweit einzigartigen Reibschweißsimulation, die sich inzwischen als Schlüsseltechnologie für die Verkürzung der Entwicklungszeiten und die Minimierung der Kosten etabliert hat. Die Versuchsreihe mit Bauteilen eines Gleichlaufgelenks startete, glückte und ging in die finale Adaption.

Zusammen mit der H&B Omega GmbH konstruierte der Forschungsverbund eine Hochpräzisionsreibschweißmaschine, an der jährlich über eine Million Bauteile entstehen. „Inzwischen wird das preisgekrönte Verfahren auch bei der Fertigung vier weiterer Bauteile eingesetzt“, freut sich Dr. David Schmicker, Abteilungleiter in der Vorentwicklung bei IFA. Das Unternehmen hält das alleinige Nutzungsrecht und konnte sich dadurch einen signifikanten Vorteil am weltweiten Markt verschaffen. „Das aufgleitende Reibschweißen hat uns Möglichkeiten eröffnet, die konstruktive Ausführung von Gelenken auf ganz neue Weise angehen zu können“, zieht David Schmicker sein Fazit.

Aufrüsten für digitale Wege

Für die Zukunft planen die Ingenieure, das Reibschweißverfahren zu digitalisieren und entsprechend den Anforderungen einer Industrie 4.0 zu wappnen. In einem hochmodernen Reibschweißzentrum sollen an der Hochschule Magdeburg-Stendal ganzheitliche Prozessketten entwickelt werden. Auch eine additive Fertigung, sprich das Fügen von 3D-gedruckten Bauteilen, steht auf dem Programm des Industrielabors, verrät Prof. Dr.- Ing. Frank Trommer. Darüber hinaus wird 2019 eine moderne Reibschweißmaschine mit neuem Antriebskonzept und höheren Drehzahlen in die Laborhalle 17 auf dem Campus Herrenkrug einziehen. Von den Fortschritten wird auch die Haldenslebener IFA Holding GmbH profitieren.

Mehr Forschungsgeschichten im Forschungsmagazin „treffpunkt forschung“ und im Hochschulmagazin „treffpunkt campus“

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