Ziel der Entwicklung

Ziel des Projekts war die Entwicklung und Evaluierung eines modularen Maschinengestells aus Metallschaum-Bausteinen, das sowohl mechanisch stabil als auch elektromagnetisch funktionsfähig ist. Dabei sollte nachgewiesen werden, dass sich Reaktive Multischichtsysteme (RMS) für den automatisierten Aufbau tragfähiger Strukturen effektiv einsetzen lassen. Die Bausteine wurden so gestaltet, dass ihr Innenraum eine abgeschirmte drahtlose Signalübertragung ermöglicht. Die daraus entstehenden Strukturelemente dienen zugleich als Funkkanäle, über die eine interne, kabellose Datenkommunikation innerhalb des Maschinengestells realisiert werden kann.
Durch den Einsatz der RMS-Fügetechnologie (Reaktive Multischichtsysteme) können Fügeverbindungen innerhalb weniger Sekunden realisiert werden. Diese Technologie nutzt eine gezielte, lokal begrenzte Reaktionswärme, um Materialien präzise und schnell miteinander zu verbinden, ohne dass eine großflächige Erwärmung oder lange Aufheizzeiten erforderlich sind. Dadurch wird der gesamte Fügeprozess erheblich beschleunigt und es wird die automatisierte Herstellung komplexer und großflächiger Strukturen in nur wenigen Minuten ermöglicht.
Ziel des Projekts war die Entwicklung und Evaluierung eines modularen Maschinengestells aus Metallschaum-Bausteinen, das sowohl mechanisch stabil als auch elektromagnetisch funktionsfähig ist. Dabei sollte nachgewiesen werden, dass sich reaktive Multischichtsysteme (RMS) für den automatisierten Aufbau tragfähiger Strukturen effektiv einsetzen lassen. Die Bausteine wurden so gestaltet, dass ihr Innenraum eine abgeschirmte drahtlose Signalübertragung ermöglicht. Die daraus entstehenden Strukturelemente dienen zugleich als Funkkanäle, über die eine interne, kabellose Datenkommunikation innerhalb des Maschinengestells realisiert werden kann.
Durch den Einsatz der RMS-Fügetechnologie (reaktive Multischichtsysteme) können Fügeverbindungen innerhalb weniger Sekunden realisiert werden. Diese Technologie nutzt eine gezielte, lokal begrenzte Reaktionswärme, um Materialien präzise und schnell miteinander zu verbinden, ohne dass eine großflächige Erwärmung oder lange Aufheizzeiten erforderlich sind. Dadurch wird der gesamte Fügeprozess erheblich beschleunigt und ermöglicht die automatisierte Herstellung komplexer und großflächiger Strukturen in nur wenigen Minuten.
Insbesondere für den Aufbau modularer Maschinengestelle bietet dies große Vorteile: Die schnelle und reproduzierbare Verbindung der Bausteine erlaubt eine hochgradige Automatisierung, reduziert Produktionszeiten deutlich und minimiert thermische Belastungen für angrenzende Materialien. Somit stellt die RMS-Fügetechnologie eine effiziente, energiearme und präzise Alternative zu herkömmlichen Schweiß- oder Lötverfahren dar und schafft die Grundlage für eine wirtschaftliche Serienfertigung funktionsintegrierter Leichtbaustrukturen.
Darüber hinaus bieten die Strukturen eine effektive Lösung zur elektromagnetischen Entstörung in industriellen Umgebungen. In modernen Produktionsanlagen überlagern sich zahlreiche elektromagnetische Frequenzen, die zu Signalstörungen und Datenverlusten führen können. Die entwickelten Bausteine wirken hier als passives Abschirmelement, das elektromagnetische Wellen gezielt dämpft und so die Signalqualität und Betriebssicherheit in sensiblen Anwendungen verbessert.

Vorteile und Lösungen

Das Ziel des Projekts wurde durch die Kombination moderner Fügetechnologien mit innovativen Werkstoffkonzepten erreicht. Kern des Lösungsansatzes ist die Nutzung sogenannter Reaktiver Multischichtsysteme (RMS) – dünner Schichten aus Metall, die bei Aktivierung eine sehr schnelle, kontrollierte Wärmefreisetzung erzeugen. Diese Wärme wird gezielt genutzt, um Bauteile ohne externe Energiequellen, wie Öfen oder Schweißgeräte, miteinander zu verbinden. So lassen sich stabile Verbindungen in nur wenigen Sekunden herstellen.
Für das Maschinengestell wurden Bausteine aus Metallschaum entwickelt, die nicht nur leicht und stabil sind, sondern auch eine spezielle innere Struktur besitzen. Diese Struktur ermöglicht, dass elektromagnetische Wellen – also Funkwellen – innerhalb des Gestells gezielt geleitet oder abgeschirmt werden können. Dadurch kann das Gestell selbst als Funkkanal dienen, über den drahtlose Datenkommunikation zwischen einzelnen Modulen erfolgt, ohne dass Störungen von außen eindringen.

Der Entwicklungsprozess umfasste mehrere Schritte:

1. Material- und Konstruktionsentwicklung – Auslegung der Metallschaum-Bausteine mit integrierten Funkräumen,
2. Entwicklung des Fügeverfahrens – Optimierung der RMS-Technologie für automatisierte Montageprozesse,
3. Mechanische und elektromagnetische Tests – Überprüfung der Stabilität, Festigkeit und Abschirmwirkung,
4. Demonstratoraufbau – Aufbau eines funktionalen Maschinengestells, das die mechanische Tragfähigkeit und die interne Funkübertragung nachweist.

So entstand ein neuartiges Gestellkonzept, das mechanische Robustheit mit elektromagnetischer Funktionalität vereint und zeigt, wie sich Leichtbau und intelligente Kommunikation in industriellen Anwendungen kombinieren lassen.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Zielgruppen der entwickelten Technologie umfassen vor allem Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Automatisierungs- und Fertigungstechnik sowie Hersteller von mechatronischen Systemen. Darüber hinaus bieten sich internationale Anwendungsmöglichkeiten in Branchen, wie der Luft- und Raumfahrt, der Elektromobilität und der Robotik, in denen funktionsintegrierte Leichtbaustrukturen mit hoher mechanischer Stabilität und elektromagnetischer Verträglichkeit zunehmend gefragt sind.
Anwender profitieren insbesondere durch die Reduktion von Montagezeiten, den geringeren Energiebedarf beim Fügen sowie die Möglichkeit, mechanische Stabilität und elektromagnetische Abschirmung in einer einzigen Struktur zu vereinen. Dies führt zu leichteren, kompakteren und funktionsintegrierten Systemen, die sowohl in Produktionsanlagen als auch in sensiblen Elektronikumgebungen eingesetzt werden können.
Der Transfer der Forschungsergebnisse in die Industrie erfolgt über gemeinsame Entwicklungsprojekte mit Partnerunternehmen, über Fachmessen, Workshops und Technologiepräsentationen. Zudem werden die Ergebnisse über Netzwerke und Fachverbände aktiv verbreitet, um eine schnelle Überführung in industrielle Anwendungen zu unterstützen.
Wirtschaftlich ergeben sich für den ITW e. V. Chemnitz Effekte durch die Erweiterung des Kompetenzportfolios im Bereich reaktiver Fügetechnologien, die Möglichkeit zur Auftragsforschung und potenzielle Lizenzvergaben für industrielle Anwendungen. Erste Anwendungsbeispiele zeigen den erfolgreichen Einsatz der Technologie beim Aufbau modularer Maschinengestelle mit integrierter Funkübertragung und elektromagnetischer Abschirmung, die eine hohe Relevanz für die intelligente, vernetzte Produktion (Industrie 4.0) besitzen.