Rollennahtschweißen strukturierter Feinbleche - Teilprojekt 2: Schweißen strukturierter Feinbleche mittels Rollennahtschweißen

Strukturierte Bleche unterscheiden sich zu konventionellen, ebenen Halbzeugen
durch eine dreidimensionale Struktur aus regelmäßig angeordneten
Versteifungselementen. Durch die Strukturen erhöhen sich die Steifigkeiten von
flächigen Bauteilen wesentlich. Anders als bei Sicken weisen die Bleche dabei
eine Steifigkeitserhöhung des gesamten Bleches auf. Neben der
Steifigkeitserhöhung besitzen strukturierte Bleche eine vergrößerte Oberfläche,
ein verändertes akustisches Verhalten sowie ein ansprechendes Design als
positive Merkmale. Aufgrund dieser vielfältigen Eigenschaften können strukturierte
Bleche in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Derzeit werden Bauteile
aus strukturierten Blechen nur vereinzelt im Fahrzeugbau, in Waschmaschinen
oder Leuchten eingesetzt. Mit der Qualifizierung des Rollennahtschweißens für
verzugsarme, mediendichte Schweißnähte erschließen sich neue wichtige
industrielle Anwendungen für strukturierte Bleche und den daraus hergestellten
mehrschaligen Bauelementen mit Hohlräumen zwischen den Blechen. Innovative
Produktentwicklungen in der Wärmetechnik, im Transportwesen und im Bauwesen
können mit strukturierten Blechen für Rekuperatoren, Lüftungsanlagen,
Wärmeboxen, chemische Apparate, temperierbare Behälter sowie
Fußbodenheizungen, Kühlräume, Klimakammern, Fassadenelemente oder
Lärmschutzwände umgesetzt werden. In den genannten Anwendungsbereichen
besteht die Herausforderung darin, einzelne Bleche von kleineren Abmessungen
zu großen Flächen zu fügen und gleichzeitig dichte Nähte herzustellen. Zusätzlich
müssen die strukturierten Bleche wirtschaftlich zu mehrschaligen
Hohlraumelementen gefügt und deren offenen Randbereiche geschlossen
werden, sodass die Möglichkeit besteht, Medien durch die Hohlräume der Bauteile
zu leiten und die Funktion des Kühlens oder Erhitzens bzw. des Wärmetausches
zu realisieren. Derzeit steht dazu kein geeignetes Fügeverfahren zur Verfügung,
welches alle Anforderung erfüllt. Das Rollennahtschweißen eignet sich,
strukturierte Bleche so zu fügen, dass sie den Anforderungen der zukünftigen
Einsatzbereiche entsprechen und die positiven Eigenschaften der strukturierten
Bleche erhalten bleiben.
In diesem Projekt sollen strukturierte Einzelbleche oder der aus ihnen gefertigten
mehrschaligen Bauelemente hergestellt und verarbeitet werden. Dazu sollen zwei
Strategien verfolgt werden: das Schweißen mit Verformung der Struktur und das
Schweißen mit Erhalt der Struktur. Zur Herstellung der mehrschaligen
Bauelemente sollen Rollpunktnähte mit Erhalt der Struktur ermöglicht werden. Für
die Verarbeitung dienen Dichtnähte an den Randbereichen der Bleche, welche mit
Verformung der Struktur oder mit Erhalt der Struktur hergestellt werden sollen.
Daher bedarf es neuartiger Elektrodengeometrien, welche durch ihre Form den
Erhalt der Struktur ermöglichen. Diese neuartigen Elektrodengeometrien sollenebenfalls entwickelt und erprobt werden. Durch die Überprüfung der
Verbindungsqualitäten mittels mechanisch-technologischer Prüfungen und der
Ermittlung der Dichtheit sowie der Druck- und Korrosionsbeständigkeit sollen die
mehrschaligen Bauelemente für mögliche Anwender validiert werden.
Das Projekt wurde an zwei Forschungsstellen bearbeitet: Lehrstuhl Füge- und
Schweißtechnik (LFT) der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-
Senftenberg (federführend) und das Technologieinstitut für Metall und Engineering
(TIME).
Die Aufgaben des LFT bezogen sich auf die Herstellung der Struktur, die
Bestimmung der mechanisch-technologischen Eigenschaften der strukturierten
Bleche, die strukturgerechte Verarbeitung und Gestaltung der Bauelemente, die
Erarbeitung der Schweißstrategien zum Strukturerhalt sowie die umfangreiche
Bestimmung und Validierung der mechanisch-technologischen Eigenschaften der
geschweißten Verbindungen mittels Zugprüfung, Metallgrafie, Druck- und
Korrosionsprüfungen, Dichtheitsprüfungen. Zur Entwicklung der neuartigen
Elektrodengeometrien wurden konstruktive Anforderungen formuliert und Hinweise
zur Gestaltung unter Beachtung des Verschleißes gegeben. Ebenfalls wurde die
Fertigung der neuartigen Rollennahtelektroden begleitet. Aus den gewonnenen
Daten wurde ein Gestaltungskatalog für strukturierte rollennahtgeschweißte
Bleche erarbeitet.
Die Aufgaben des TIME bestanden in der schweißtechnischen Umsetzung mittels
des Rollennahtschweißens und Bestimmungen von Kraftverläufen beim
Schweißen der Bleche, die Ermittlung geeigneter Parametersätze für
verschiedene Paarungen aus strukturierten Blechen sowohl für das Schweißen mit
Verformung der Struktur als auch für das Schweißen mit Strukturerhalt unter
Verwendung der neuartigen Elektrodengeometrien. Dafür wurden Lösungen für
die konstruktive Gestaltung der neuartigen Elektrodengeometrien erarbeitet und
durch CAD umgesetzt. Weiterhin wurde die Fertigung der umfangreich benötigten
Proben für die Zugprüfung, Metallgrafie, Druck- und Korrosionsprüfungen,
Dichtheitsprüfungen und die Fertigung der Funktionsmuster durchgeführt.
Das IGF-Vorhaben 17621 BG / 1 der Forschungsvereinigung
Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS wurde über
die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der
Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund
eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

 

Ralf Polzin

Ansprechpartner

Dr.-Ing
Ralf Polzin
Geschäftsführer

Anschrift

Technologie-Institut für Metall & Engineering GmbH (TIME)

Koblenzer Straße 43 (Nisterbrück 73 für Navigationsgeräte)
57537 Wissen
Deutschland

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Fax: 02742 91272-22
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