Optimales Fügen von dünnen Wabenblechen durch spezielle Elektroden beim Rollennahtschweißen

Leichtbau ist im Fahrzeugbau von großer Bedeutung, um Gewicht zu reduzieren und die Effizienz zu steigern. Dabei werden dünnere Bleche mit speziellen steifigkeitserhöhenden Strukturen verwendet. Diese Strukturen, in Form von Höckern mit einer bienenwabenähnlichen Grundfläche, ermöglichen eine Gewichtsreduktion bei gleichzeitiger Steigerung der Steifigkeit. Das Rollennahtschweißen ist ein wirtschaftlicher Prozess, der ohne zusätzlichen Schweißzusatzstoff auskommt und hohe Geschwindigkeiten ermöglicht. Um die Versteifungswirkung der strukturierten Bleche beim Schweißen zu erhalten, wurden spezielle Elektroden entwickelt, getestet und zur Serienreife gebracht.

Dreifache Steifigkeit: Gewichtsreduktion durch dünnere Wabenbleche

Durch den Einsatz von strukturierten Wabenblechen anstelle von ebenen Blechen kann die Steifigkeit um das Dreifache gesteigert werden. Dadurch ist es möglich, die Blechdicke zu reduzieren und somit das Gewicht zu verringern. Zum Beispiel kann die Blechdicke von 0,7 mm auf 0,5 mm reduziert werden, was eine Masse-Reduktion von fast 30% ergibt. Durch das Schweißen von zwei Blechen entstehen Bauelemente mit Hohlräumen, was zusätzlich zu einer Gewichtsreduktion führt.

Dank der Verwendung von strukturierten Wabenblechen kann das Gewicht von Bauteilen um mehr als 50% reduziert werden, da diese eine 12-fache Steifigkeit im Vergleich zu ebenen Blechen bieten. Ein praktisches Beispiel dafür ist die Möglichkeit, 3 mm dicke Aluminiumbleche durch 2 x 0,5 mm Wabenbleche aus Stahl zu ersetzen. Dies führt nicht nur zu einer kostengünstigeren Konstruktion, sondern auch zu einer verringerten Umweltbelastung. Des Weiteren eröffnen sich neue Anwendungsbereiche, wie zum Beispiel im Wärmetauscher- und Behälterbau, wo die Wabenbleche von Flüssigkeiten durchströmt werden können, um den Inhalt der Behälter zu temperieren.

Optimales Fügen von dünnen Wabenblechen beim Rollennahtschweißen

Beim Rollennahtschweißen von strukturierten Blechen entsteht das Problem, dass herkömmliche Rollennaht-Elektroden die Wabenstrukturen einebnen und dadurch die versteifende Wirkung reduzieren oder sogar aufheben. Um dieses Problem zu lösen, wurde nach einer optimalen Lösung gesucht, wie dünnen Wabenbleche beim Schweißen optimal gefügt werden können. Der Einsatz spezieller Elektroden, die auf die Topologie der strukturierten Bleche abgestimmt sind, ermöglicht ein Fügen der Bleche beim Rollennahtschweißen, ohne die versteifende Wirkung der Strukturen zu beeinträchtigen.

BTU Cottbus und TIME entwickeln Elektroden für das Rollennahtschweißen von Wabenblechen

Das Technologie-Institut für Metall & Engineering (TIME) und die BTU Cottbus haben gemeinsam an einem DVS-Forschungsprojekt gearbeitet, um das Rollennahtschweißen von Wabenblechen zu verbessern. Die Experten haben spezielle Elektroden entwickelt, die die Struktur der Wabenbleche beim Schweißen erhalten und somit eine erhöhte Steifigkeit ermöglichen. Diese Forschungsarbeit ist ein wichtiger Beitrag zur Optimierung der Schweißtechnologie und eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten im Fahrzeugbau und anderen Bereichen des Leichtbaus.

Die Experten von TIME und BTU Cottbus-Senftenberg haben im Zuge des Projekts zwei neue Rollennaht-Elektroden für unterbrochene und lineare Schweißnähte entwickelt und hergestellt. Diese Elektroden wurden umfangreichen Tests unterzogen und haben sich sowohl im Labor als auch im praktischen Einsatz bewährt. Aufgrund ihrer positiven Ergebnisse wurden sie zum Patent angemeldet und ermöglichen nun ein effizientes Fügen von dünnen Wabenblechen beim Rollennahtschweißen.

Maßgeschneiderte Elektroden ermöglichen das Fügen von strukturierten Wabenblechen

Um eine Unebenheit der Wabenstruktur zu vermeiden, wurden die Elektroden speziell an die Topologie der strukturierten Bleche angepasst. Eine der Elektroden weist eine periodisch unterbrochene Profilierung auf, um unterbrochene Schweißnahtlinien zu ermöglichen. Durch laterale Unterbrechungen in der zylindrischen Kontaktfläche können die Versteifungselemente ohne Verformung übersprungen werden, wenn die Struktur abgefahren wird. Die Versteifungselemente werden dabei vertikal übersprungen.

Die zweite Elektrode weist ein zickzackartiges Muster auf und wurde speziell für konturerhaltende Dichtnahtschweißungen entwickelt. Mit dieser Elektrode können Schweißnähte entlang von Konturen präzise und dicht ausgeführt werden. Zudem ermöglichen beide Elektroden eine flexible Kombination mit verschiedenen Rollengeometrien, je nach den Anforderungen des Schweißprozesses.

Untersuchung der Verbindungseigenschaften bei Testschweißungen erfolgreich abgeschlossen

Um die Verbindungseigenschaften der strukturierten Bleche zu untersuchen, wurden umfangreiche Testschweißungen durchgeführt. Dabei wurden Schweißbereichsdiagramme und Prozessfenster erstellt, um die optimalen Prozessparameter zu ermitteln. Die Ergebnisse wurden durch Metallografie-, Festigkeits-, Druck- und Dichtheitsuntersuchungen validiert. Es wurden Unterschiede in der Verbindungsausprägung festgestellt, abhängig von der geschweißten Struktur, dem Schweißpfad und dem Werkstoff. Durch die Optimierung der Schweißnahtqualität konnten jedoch sehr gute Ergebnisse erzielt werden.

Neben dem Einsatz im Leichtbau können strukturierte Bleche auch als durchströmte Wände in Wärmetauschern verwendet werden. Durch die Variation der Ausrichtung der Strukturen können verschiedene hohlraumbildende Paarungen und Schweißnahtlinien realisiert werden. Die Verbindungseigenschaften der verschweißten Wabenbleche wurden gemäß DIN EN ISO 17654 getestet und erfüllen die Anforderungen. Diese Bauelemente eignen sich daher bestens für den Einsatz in Heizkörpern, temperierbaren Behältern und Wärmetauschern.

Optimaler Einsatz von Wabenblechen und Elektroden für leichtere Konstruktionen

Die gemeinsame Forschung von TIME und BTU Cottbus hat gezeigt, dass der Einsatz von strukturierten Wabenblechen zu einer erheblichen Reduzierung des Gewichts und einer erhöhten Steifigkeit führen kann. Die eigens entwickelten Elektroden ermöglichen ein optimales Fügen der dünnen Wabenbleche beim Rollennahtschweißen, ohne die versteifende Wirkung der Strukturen zu beeinträchtigen. Dadurch eröffnen sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten im Fahrzeugbau, im Wärmetauscher- und Behälterbau sowie in anderen Bereichen des Leichtbaus. Diese vielversprechenden Forschungsergebnisse tragen zu einer nachhaltigen und effizienten Konstruktion bei.