Strukturierte Bleche verschweißen Patent erteilt für Rollennaht-Elektrode

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Strukturierte Bleche besitzen eine deutliche höhere Steifigkeit, was in der Praxis zu Gewichtsreduktionen um bis zu 50 Prozent führen kann. Um solche wabenförmigen Bleche sicher zu verscheißen, haben das Technologie-Institut für Metall & Engineering Time und die BTU Cottbus eine spezielle Rollennaht-Elektrode entwickelt, die jetzt patentiert wurde.

Um Konstruktionen z.B. im Fahrzeugbau leichter zu gestalten, werden dünnere Bleche mit steifigkeitserhöhenden Strukturen als Höcker mit 6-Eck-förmiger bienenwabenähnlicher Grundfläche eingesetzt. Wirtschaftlich lassen sich diese Bauteile gut per Rollennahtschweißen fügen, weil so hohe Prozessgeschwindigkeiten möglich sind, keine zusätzliche Spanntechnik erforderlich ist und ohne Schweißzusatzwerkstoffe gearbeitet wird. Im Vergleich zu ebenen Blechen besitzen strukturierte Bleche eine dreifach größere Steifigkeit. Also kann der Konstrukteur die Blechdicke z. B. von 0,7 Millimeter auf 0,5 Millimeter reduzieren, was einer Masse-Reduktion von knapp 30 Prozent ergibt.

Dossier Schweißen

Schweißtechnik der Zukunft

„Doch das Fügen solcher Bleche ist nicht ohne“, weiß Time-Geschäftsführer Dr. Ralf Polzin. „Beim Rollennahtschweißen von strukturierten Blechen führen klassische Rollennaht-Elektroden zur teilweisen bzw. vollständigen Einebnung der Wabenstrukturen, was deren versteifende Wirkung reduziert oder gar eliminiert. Also haben wir gemeinsam mit der BTU Cottbus-Senftenberg eine besondere Rollennaht-Elektrode entwickelt, die die Wabenstruktur erhält.“ Das Deutsche Patent und Markenamt hat diese Erfindung jüngst patentiert.

Elektroden und Verfahren im Detail

Für die notwendigen Versuche stellte die BTU Cottbus-Senftenberg strukturierte Bleche zur Verfügung, die bei Time unter definierten Bedingungen und methodischer Vorgehensweise geschweißt wurden. Zu Beginn nutzten die Time-Mitarbeiter zur Erforschung der grundlegenden Kenntnisse Bleche aus den Werkstoffqualitäten DC04 und 1.4301 mit Blechdicken von 0,5 Millimeter und 0,7 Millimeter. Entwickelt wurde u.a. eine Elektrode mit periodisch unterbrochener Profilierung: Um unterbrochene Schweißnahtlinien (Steppnähte) zu erreichen, wurden in die zylindrische Kontaktfläche laterale Unterbrechungen eingefügt, sodass diese beim Abfahren der Struktur die Auswölbungen verformungsfrei überspringen. Die nun patentierte zweite Elektrode hat einen zickzackartigen Verlauf und wurde somit für das konturerhaltende Dichtnahtschweißungen konzipiert.

Brauchbar für Wärmetauscher, Thermobehälter und Akkugehäuse

Neben der Verwendung von strukturierten Blechen für Leichtbauapplikationen können diese auch als durchströmte Wände für z. B. Wärmetauscher zur Anwendung kommen. Werden Wabenbleche mit anderen, strukturierten oder ebenen Blechen überlappend im Parallelstoß angeordnet, können Paarungen mit Hohlräumen zwischen den Blechen entstehen, sogenannte mehrschalige Bauelemente. Da diese Hohlräume z. B. die Möglichkeit zum Durchströmen mit flüssigen Medien bieten, lassen sich zukünftig damit z.B. auch Wärmetauscher und temperierbare Behälter realisieren. Die so verschweißten Wabenbleche testeten die BTU Cottbus-Senftenberg und Time mittels Druck- und Dichtheitsprüfung nach DIN EN ISO 17654 erfolgreich. Fazit: Die Eignung solcher mehrschaligen, durchströmbaren Bauelemente aus strukturierten Blechen wäre demnach beispielsweise für Heizkörper, temperierbare Behälter, Wärmetauscher oder Akkugehäuse gegeben.

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