RNStec GmbH Alternative zur Schneidklemm- und Crimp-Technik?

Die Abbildung zeigt das Gefüge einer RQS-geschweißten Kupfernaht. Im Gegensatz zu den Schmelzschweißverfahren entstehen keine grobkörnigen Schmelz- Erstarrungsgefüge im Nahtbereich (spröde), sondern feinkörnige Umformgefüge (duktil).
Die Abbildung zeigt das Gefüge einer RQS-geschweißten Kupfernaht. Im Gegensatz zu den Schmelzschweißverfahren entstehen keine grobkörnigen Schmelz- Erstarrungsgefüge im Nahtbereich (spröde), sondern feinkörnige Umformgefüge (duktil).

Das Start-up RNStec hat ein neues Schweißverfahren entwickelt. Es ermöglicht der Steckverbinder- und Kabelindustrie unter anderem die Verbindung von Kupfer und Aluminium, bei niedrigerem Übergangswiderstand und um ca. 30 Prozent reduzierter thermischer Belastung. Nun werden Pilotkunden zur Erprobung gesucht.

Das Verfahren wurde  im Rahmen eines Forschungsprojekts im Fachbereich Maschinenbau an der Hochschule Kempten unter der Leitung von Prof. Dr. Paul Schindele entwickelt. Die Firmenausgründung unter dem Namen RNStec GmbH erfolgte im März. Beim Münchner Businessplan Wettbewerb errang das Team in der zweiten Stufe auf Anhieb den zweiten Platz von 95 eingereichten Businessplänen, Investoren zeigten sich elektrisiert.

Dr. Carsten Rudolph von Evobis, Veranstalter des Münchner Businessplan Wettbewerbs, fasst das Feedback der Jury für RNStec so zusammen: „Aus Sicht der Juroren und Investoren liegt eine besondere Chance für RNStec im riesigen Marktpotenzial, das sich durch die Verbindung unterschiedlicher Materialien ergibt. Das gilt insbesondere für die bisher technisch schwierig zu realisierende Kupfer-Aluminium-Verbindung, die im gesamten e-mobility Bereich besondere Bedeutung hat. Über das Wachstum in diesem Bereich muss man keine zusätzlichen Worte verlieren.“

Im Gegensatz zum Schmelzschweißen entsteht beim Reib-Quetschnaht-Schweißen keine Erwärmung bis zur Schmelztemperatur. Dadurch spart das Verfahren Energie und reduziert die thermische Belastung der Werkstoffe.  

Worin besteht der Unterschied zu herkömmlichen Verbindungstechniken?

Reib-Quetschnaht-Schweißen könnte als Alternative zu Schneidklemm- und Crimp-Technik in der Verbindung von Aluminium und Kupfer dienen, es entsteht eine spaltfreie Verbindung. Anders als beim Crimpen des weichen Aluminiums entsteht keine Kriechdehnung, der elektrische Widerstand der Verbindung ist deutlich geringer und somit auch der Leistungsverlust.

Durch das Verfahren werden nicht-lösbare Schweißverbindungen hergestellt. Diese können innerhalb eines Adapters zum Einsatz kommen um lösbare Verbindungen zwischen Kupfer und Aluminium zu realisieren.  „Das Ziel des Verfahrens ist die Herstellung von Schweißverbindungen in einem schnellen kostengünstigen Prozess, bevorzugt für Werkstücke in Blech-, Draht- oder Bandform“, erklärt Mitgründer Jürgen Rohrmayer. Er geht davon aus, dass die Verbindung durch das feinkörnige Nahtgefüge auch dynamisch belastbar ist, der experimentelle Nachweis steht dabei aber noch aus.

Wie funktioniert das Verfahren? Durch ein Werkzeug werden die zu verschweißenden Materialien im Verbindungsbereich plastifiziert und zu einer Schweißverbindung verquetscht. Im Gegensatz zu den Schmelzschweißverfahren entstehen keine grobkörnigen Schmelz- Erstarrungsgefüge im Nahtbereich (spröde), sondern feinkörnige Umformgefüge (duktil). Weitere Vorteile: Es muss kein Zusatzwerkstoff verwendet werden wie Schutzgas oder hochveredelter Schweißdraht, der maschinelle Aufwand ist gering. Die Metalle werden ohne Überlappung verbunden, das spart Material, Gewicht und ergibt einen günstigen Kraftfluss im Bauteil. Da die Werkstoffe nicht bis zur Schmelztemperatur erhitzt werden, ist zum einen der Energieaufwand niedriger, zum anderen ist keine zusätzliche Nachbearbeitung wegen Schweißspritzer nötig.

Rohrmayer: „Mit Reibquetschnahtschweißen sind hohe Schweißgeschwindigkeiten erreichbar, das spart Zeit. Es wird auch kein Schutz vor Lichtbogen- oder Laserstrahlung benötigt, d.h. diese Sicherheitsmaßnahmen können entfallen.“

Das Verfahren ist laut Rohrmayer für viele, auch schwer schweißbare Werkstoffe wie Buntmetalle, sowie für Kombinationen aus unterschiedlichen Materialien einsetzbar. Auch dünne Materialien sind schweißbar, ebenso Zwangslagen, da kein flüssiges Schmelzbad vorhanden ist. Punktförmige Verbindungen oder Steppnähte sind ebenfalls herstellbar. Beim Schweißen von Aluminiumdruckguss mit herkömmlichen Schweißverfahren entstehen häufig Ausgasungen in der Schweißnaht, beim Reib-Quetschnahtschweißen ist diese porenfrei.

Rohrmayer: „Als nächstes können interessierte Kunden gegen Entgelt Muster beziehen, um sie innerhalb ihres gewünschten Einsatzgebietes auf Herz und Nieren zu testen. In der Folge werden dann Kleinserien gefertigt.“  Drei Pilotkunden aus verschiedenen Branchen, davon einer aus der Elektrotechnik, sind gerade dabei, Prototypen zu testen.

Das Geschäftsmodell der RNStec sieht vor, das Verfahren in kundenspezifischen Maschinen umzusetzen und zu verkaufen, der Preis pro Anlage beträgt  gut 80.000 Euro. (sc)

Vorteile Reib-Quetschnahtschweißen: 

•Es sind Nähte mit geringer Wärmeeinflusszone erzeugbar

•Umformgefüge in der Schweißnaht

•I-Stoßverbindung mit günstigerem Kraftfluss

· Funktion des Verfahrens unabhängig von elektrischer Leitfähigkeit

•Die Naht kann mit ebener Nahtoberfläche ausgeführt werden

•Es sind Dichtnähte erzeugbar ohne Gefahr von Spaltkorrosion

•Vorhandene Oxidschichten an der Oberfläche werden entfernt

•Mit Zusatzwerkstoff (Originalwerkstoff) sind ein gezielter Ausgleich von Fertigungstoleranzen und Nahtüberhöhungen möglich