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Superdichte Tiefkühltanks für Wasserstoff-Flugzeuge

Ein Fraunhofer-Mitarbeiter zeigt das Modell eines Tanks für tiefgekühlten Wasserstofftanks, bei dem Magnetpulse die Bauteile aus Kupfer, Stahl und Aluminium superdicht zusammengeschweißt haben. Foto: Ronald Bonß für das Fraunhofer-IWS Dresden

Ein Fraunhofer-Mitarbeiter zeigt das Modell eines Tanks für tiefgekühlten Wasserstofftanks, bei dem Magnetpulse die Bauteile aus Kupfer, Stahl und Aluminium superdicht zusammengeschweißt haben. Foto: Ronald Bonß für das Fraunhofer-IWS Dresden

Das Fraunhofer IWS hat dafür ein neues Magnetpulsschweiß-Verfahren entwickelt

Dresden/München, 7. April 2021. Da massenmarkttaugliche elektrische Flugzeuge, die ihren Antriebsstrom ähnlich wie Elektroautos aus Batterien saugen, vorläufig nicht machbar sind, suchen Ingenieure weltweit nach alternativen Antriebskonzepten. Um die Klimabilanz der Luftfahrt zu verbessern, steht beispielsweise flüssiger Wasserstoff statt Kerosin als Energieträger zur Debatte. Für solche umweltfreundlicheren Flugzeuge werden aber superdichte Tanks für tiefgekühlten flüssigem Wasserstoff gebraucht. Dafür hat Fraunhofer Dresden nun ein innovatives Magnetpuls-Verfahren entwickelt.

Nähte halten selbst nahe am absoluten Nullpunkt noch dicht

Dabei pressen Magnetpulse bisher kaum miteinander verschweißbare Metalle wie Edelstahl und Aluminium mit so hoher Geschwindigkeit aufeinander, dass sie sich dauerhaft verbinden. Möglich werden damit extrem dichte Behälter, aus denen selbst Flüssigwasserstoff bei Temperaturen unter minus 253 Grad Celsius kaum noch entweichen kann. Das geht aus einer Mitteilung des Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) Dresden hervor, das dieses innovative Schweißverfahren mitentwickelt und nun für ein Forschungsprojekt der TU München eingesetzt hat.

Unterschiedlicher Schmelzpunkt erschwert klassische Schweißverfahren

Hintergrund: Für Tieftemperatur-Geräte mussten die Ingenieure bisher Bauteile aus Kupfer, Edelstahl und Alu mit einer komplizierten Technologiekombination aus Laserschweißen, Löt- beziehungsweise Elektronenstrahlschweißen zusammenfügen – und selbst mit diesem Aufwand hielten die Kryostate nicht ganz dicht. Das hängt auch damit zusammen, dass klassische Schweißverfahren verschiedene Metallbauteile erhitzen, punktuell verflüssigen und dadurch eine Verbindung erzielen. Das aber funktioniert nur unbefriedigend bei Metallen mit sehr unterschiedlichen Schmelztemperaturen.

Hoher Druck bei schnellem Aufprall verfügt die Metalle

Für solche Szenarien hat das IWS das Magnetpulsschweißen entwickelt. Dabei nähern sich die Metallbauteile bis auf etwa einen Millimeter an. Ein starkes Magnetfeld beschleunigt eines der Bleche fast auf Schwallgeschwindigkeit. Beide Komponenten prallen dann mit 200 bis 300 Metern pro Sekunde aufeinander, es blitzt und die Bleche verschweißen unter hohem Druck. Der Schmelzpunkt der beteiligten Metalle spielt dabei keine Rolle. Und die Nähte halten dann selbst noch nahe am absoluten Temperaturnullpunkt um die minus 270 Grad noch dicht.

TU München: Proben halten dicht

Die Münchner Partner waren mit den Resultaten zufrieden: „Die magnetpulsgeschweißten Proben der Partner am Fraunhofer IWS haben die Dichtigkeitstests bestanden“, berichtete Dr. Jürgen Peters von der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der TU München.

Neben der Luftfahrt sehen die Forscher für das Magnetpulsschweißen auch Einsatzchancen in der Raumfahrt und Elektronikindustrie.

Autor: hw

Quelle: IWS DD