Ein Team von Forschern an der Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart hat einen bedeutenden Fortschritt im Bereich des Rührreibschweißens erzielt, der die Anwendung von hochfesten Aluminiumlegierungen in der Serienfertigung maßgeblich verändern könnte. Durch die Entwicklung eines neuartigen Roboterschweißzangs, genannt „Steppwelder“, werden die Herausforderungen, die mit der Verarbeitung dieser Materialien verbunden sind, erheblich reduziert. Diese Innovation ermöglicht es, Leichtbaukomponenten deutlich schneller und effizienter zu produzieren, ohne auf schwere externe Vorrichtungen zurückgreifen zu müssen.
Im Kontext der Automobilindustrie, die sich zunehmend auf die Herstellung von Elektrofahrzeugen konzentriert, ist die Verwendung von hochfesten Aluminiumlegierungen und Hybridmaterialien wie Aluminium-Stahl entscheidend. Diese Materialien sind notwendig, um das Gewicht von Fahrzeugen zu reduzieren und damit die Reichweite von Elektroautos zu erhöhen. Bisherige Rührreibschweißverfahren konnten jedoch nicht in flexiblen Produktionslinien eingesetzt werden, da sie aufgrund der enormen Prozesskräfte spezielle, massive Gegenhalter erforderten, die die Fertigung unflexibel machten.
Das Team um Projektleiter Dominik Walz, sowie die Erfinder Florian Panzer, Stefan Weihe und Dr.-Ing. Martin Werz, hat mit dem „Steppwelder“ eine Lösung entwickelt, die diese Hürden überwindet. Der Schlüssel zu dieser Technologie liegt in einer robotergeführten Schweißzange, die über einen integrierten und aktiv verfahrbaren Gegenhalter verfügt. Dies ermöglicht einen geschlossenen Kraftfluss innerhalb des Zangengestells, sodass herkömmliche 6-Achs-Industrieroboter ohne komplizierte externe Vorrichtungen eingesetzt werden können.
Ein besonderes Merkmal des „Steppwelder“ ist das innovative „Steppnaht-Prinzip“. Dabei werden kurze Schweißnähte nacheinander gesetzt, was eine extrem schnelle Bearbeitung von komplexen 2D- und 3D-Geometrien ermöglicht. Beispielsweise kann eine Schweißnaht von 50 Zentimetern Länge in nur 1,5 bis 2 Sekunden gefügt werden, was die Effizienz der Produktion erheblich steigert.
Die technologische Reife des „Steppwelder“ ist bereits weit fortgeschritten. Eine vollständige Schweißzelle, die für Validierungsversuche genutzt werden kann, steht bereit und wird durch einen digitalen Zwilling unterstützt. Die Entwicklung wird mit etwa 1,4 Millionen Euro durch die „VIP+“-Validierungsförderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Ziel ist es, die Technologie bis Juni 2026 zur Marktreife zu bringen, damit sie in der Automobilindustrie, der Luftfahrt und im Maschinenbau eingesetzt werden kann.
Neben den technischen Vorteilen bietet der „Steppwelder“ auch bedeutende ökologische und ökonomische Vorteile. Der Schweißprozess benötigt keine Zusatzwerkstoffe, produziert weder Rauch noch Spritzer und verbraucht nur minimal Energie. Dies führt nicht nur zu Kosteneinsparungen, sondern auch zu einer Reduktion des ökologischen Fußabdrucks, was in der heutigen Zeit von zunehmender Bedeutung ist. Besonders bei der Herstellung von komplexen Geometrien, wie etwa Batteriegehäusen oder sogenannten Megacastings, ermöglicht die Technik erhebliche Gewichtseinsparungen.
Die Technologie ist durch Patente sowohl in Deutschland als auch in den USA geschützt (DE 102018111496 B4, US 11407606 B2). Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH ist für die wirtschaftliche Verwertung verantwortlich und wird interessierten Unternehmen ab Juli 2026 Möglichkeiten zur Lizenzierung und Zusammenarbeit anbieten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der „Steppwelder“ nicht nur eine technische Innovation darstellt, sondern auch einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung in der Industrie leisten könnte. Mit der Aussicht auf eine breitere Anwendung in verschiedenen Sektoren könnte diese Technologie die Art und Weise, wie Leichtbaukomponenten hergestellt werden, grundlegend verändern.
