TIME verbessert Fertigung von LKW-Trailerachsen

40% schneller, 20% energiesparender, 160 to Materialeinsparung

Für einen Hersteller von LKW-Trailerachsen hat das Technologie-Institut für Metall und Engineering (TIME) das Fertigungsverfahren von Hohlachsen unter den Aspekten Fertigungseffizienz, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit entscheidend optimiert.

Mit der Konstruktion der Hohlachse hatte der Hersteller bereits seit Jahrzehnten eine gewichtsoptimierte Lösung am Markt, die aber einen erheblichen Fertigungsaufwand bedeutete. Ein solcher Achskörper besteht bisher aus einem hohlen Mittelteil aus zwei warmgewalzten U-Profilen, die mit Unterpulver-Schweißverfahren zu einem Rohr gefügt und mit zwei Achsschenkeln verschweißt wird. Das aufwändige Vierkantrohr soll zukünftig  durch ein nahtlos gezogenes Rundrohr ersetzt werden. TIME war beauftragt, das optimale Schweißverfahren zu finden.

Nach Analyse und Praxistests hat TIME in Zusammenarbeit mit Kunden das effiziente Laser-MSG-Hybridschweißen als optimales Fertigungsverfahren ausgewählt. Die Studie belegt: Im Vergleich zum bisherigen Reibschweißverfahren ist es rund 40% schneller. Der leicht geringere Materialeinsatz summiert sich bei der Serienfertigung auf 160.000 kg Stahl Einsparung pro Jahr. Außerdem ist mit etwa 20% weniger Energieeinsatz pro Achskörper zu rechnen.

Dazu kommt, dass das Laser-MSG-Hybridverfahren so sauber arbeitet, dass keine Nachbearbeitung der Schweißnaht notwendig ist. Gleichzeitig ergibt sich eine Reduzierung der Emissionen (Schweißrauche).

Aus Versuchen war bekannt, dass ein Teil der Energie des Laserstrahls auf die gegenüberliegende Innenseite der Schweißnaht trifft. Durch eine geschickte Parameterwahl ist es möglich, die austretende Reststrahlungsenergie zur Glättung der ersten Hälfte der Nahtwurzel auf der Rohrinnenseite zu nutzen.

Die Schweißnaht außen ergibt eine gleichmäßige flache Oberraupe. Innen ergibt die geglättete Wurzel eine deutlich geringere Kerbwirkung in der Zugzone, was die dynamische Belastbarkeit der Achse erhöht. Das Verfahren ist mittlerweile zum Patent angemeldet.

Um ein Maximum an Effizienz zu erreichen, hat TIME nicht nur den Herstellungsprozess vereinfacht, sondern auch in einem ganzheitlichen Ansatz die vor- und nachgelagerten, nichtwertschöpfende Tätigkeiten analysiert. Natürlich wird die in Planung befindliche Fertigungsanlage in Hinblick auf Industrie 4.0 voll digitalisiert ausgelegt.

Durchgeführte Maßnahmen

1. Aufnahme des IST-Zustandes bezogen auf das Schweißen inkl. der vor- und nachgelagerten Prozessschritte
2. Suche des technologisch und wirtschaftlich am besten geeigneten Schweißverfahrens
3. Erprobung
4. Herstellung von Musterbauteilen
5. Werkstoffkundliche Untersuchungen
6. Quasistatische und dynamische Untersuchungen zur Bestimmung der Bauteilfestigkeit
7. Darlegung des ökonomischen und ökologischen Einsparpotentials
8. Kontaktvermittlung zu Herstellern von Sondermaschinen

Ergebnisse

Einsparpotential im 6-stelligen Euro-Bereich pro Jahr bei Material und Ressourcen.

40% schnelleres Verfahren, 20% energiesparender, 160 to Materialeinsparung