Sichere Schweißtechnik für Wasserstofftanks und -rohre

Sichere Schweißtechnik für Wasserstofftanks und -rohre

Wasserstoffbasierte Antriebe für Flugzeuge sind eine Zukunftsoption für den klimaneutralen Flugverkehr. Doch wegen Speichertemperaturen von minus 253 °C müssen sowohl Tanks als auch Rohrsysteme absolut dicht sein. Forschende am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden haben jetzt demonstriert, dass Magnetpulsschweißen zuverlässig extrem belastbare metallische Mischverbindungen aus Kupfer, Aluminium und Stahl für kryogene Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt erzeugen kann.

Beim Magnetpulsschweißen sorgt der magnetische Druck einer Werkzeugspule für eine Hochgeschwindigkeitskollision und das Ausbilden einer stoffschlüssigen Überlappverbindung mit mehreren Millimetern Breite. Die Verbindung ist stabil und dicht – auch bei extremen Einsatzbedingungen.

Für die Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) an der TU München fügten Wissenschaftler des Fraunhofer IWS ein spezielles Bauteil aus Kupfer, Edelstahl und Aluminium für dortige Kryostaten. Bisher musste diese Baugruppe aufwendig mit mehreren Laserstrahlschweißnähten, zusätzlichen Fügeelementen und einer Löt- oder Elektronenstrahlschweißnaht hergestellt werden. Diese Variante hatte jedoch Stabilitäts- und Dichtigkeitsprobleme.

In wenigen Mikrosekunden entstehen nun durch das Magnetpulsschweißen Verbindungen, die sowohl bei sehr tiefen Temperaturen bis zu minus 270 °C als auch bei großen Temperaturdifferenzen zuverlässig dicht und stabil sind.

Der große Vorteil des Magnetpulsschweißen: Es erlaubt das Fügen von Metallkombinationen, die bisher gar nicht oder nur schwer miteinander schweißbar waren – gerade bei der Anwendung von flüssigem Wasserstoff ein wichtiger Punkt. Dabei müssen Werkstoffe mit schlechter thermischer Leitfähigkeit, wie zum Beispiel Edelstahl, mit Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium verbunden werden. Durch das neue Verfahren ist das nun möglich.

 „Heiß wird es dabei wirklich nur direkt an der Grenzfläche. Das Verfahren ist schnell und kostengünstig und erlaubt eine gleichbleibend hohe Qualität der geschaffenen Verbindungen.“
Dr. Markus Wagner, Gruppenleiter Auslegung und Sonderverfahren, Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Auch besonders dünnwandige Bauteile lassen sich durch Magnetpulsschweißen fügen. Die dazu notwendigen speziellen Abstützelemente können nach dem Prozess wieder entfernt werden. Geeignet ist das Verfahren beispielsweise für den Flugzeugbau, die Elektromobilität und die Raumfahr, wo es jeweils neue Möglichkeite der Produktgestaltung eröffnen kann.

Bild oben: Das Magnetpulsschweißen ermöglicht stoffschlüssige Verbindungen zwischen verschiedenartigen Materialien wie Kupfer, Aluminium und Stahl. (Quelle: ronaldbonss.com)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, KEM Konstruktion

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