Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbunds von Streckgittern, die insbesondere in der Elektrolyse verwendet werden, ein Stapel von Streckgittern sowie eine Portalmaschine .

Für eine PEM-Elektrolysezelle werden zur flächigen Kontaktierung der Elektroden feinporige und graduierte Strukturen benötigt .

Dies erfolgt mit aufwändig herzustellenden und damit sehr teuren Sinterstrukturen ( s . a . EP 3 625 379 Al ) .

Neuere Entwicklungen bauen auf alternative graduierte Strukturen wie miteinander verbundene Streckgitterlagen . Solche Streckgitterlagen sind u . a . bekannt aus der EA 010551 Bl , EP 0 204 126 Al oder EP 3 625 379 Al .

Die Verbindung erfolgt dabei über einen sogenannten KE- Schweißprozess (Kondensator-Entladung) unter Schutzgas . Ein solches Verfahren und eine solche Anlage ist bekannt aus der EP 1 852 207 A2 .

Dabei wird ein sogenannter Kondensator-Entladungs-Schweiß- prozess verwendet , welcher durch die Entladung eines Kondensators entsteht . Dadurch wird ein Schweißimpuls gesendet .

Will man mit mehr Energie schweißen, muss die Beladungshöhe dieses Impulses stark gesteigert werden .

Problematisch dann ist allerdings vor allem bei der Verarbeitung von Edelstahl , die Bildung von sogenannten Schweißsprat- zern durch die schlagartige Erhitzung der Atmosphäre um die Schweißstelle und der dadurch resultierende Austrag flüssigen Metalls .

Zudem ist durch die standardmäßige Verwendung einer sogenannten C-Bogen-Maschine die Größe des Schweißstempels ( Schweiß- elektroden) limitiert , was über große Flächen viele Schweißungen in x- und y- Richtung notwendig macht und durch das Einbringen eines einseitigen Magnetfelds die Sprat zerbildung begünstigt .

Des Weiteren ist die Ebenheit des Streckgitterverbundes qua- litätsrelevant für die PEM-Elektrolysezelle .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genannte Probleme zu lösen .

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , ein Stapel gemäß Anspruch 17 und eine Portalmaschine gemäß Anspruch 18 .

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet , die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen .

Es zeigen

Figur 1 schematisch eine Aufsicht auf eine Anordnung beim Schweißen,

Figur 2 eine Anordnung von Streckgittern,

Figur 3 einen beispielhaften zeitlicher Verlauf von verwendeten Pulsen,

Figur 4 eine detaillierte Ansicht eines Streckgitters .

Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Aus führungsbeispiele der Erfindung dar .

Ein neuer Schweißmaschinentyp, eine Portal-Schweißmaschine , der zudem mehrere parallel geschaltete Kapazitäten/Konden- satoren beinhaltet , welche zeitlich kontrolliert hintereinander gesteuert werden können, verbessert den KE-Schweißprozess wesentlich .

Durch diesen KE-Schweißprozess können sowohl Edelstahl- als auch Titan-Strukturen verbunden werden . Benötigt man einen längeren Schweißimpuls, muss die Energie eines Kondensators nicht zwangsweise deutlich erhöht werden, was zu einer gleichmäßigeren Wärmeeinfuhr in die Schweißzone führt und die unerwünschten Schweißeinflusszonen verringert.

Die Schweißstempelgröße ist deutlich erhöht, wodurch signifikant weniger Schweißungen pro Verbund notwendig werden.

Zudem ermöglicht es einen Durchlaufprozess, der also kontinuierlich erfolgen kann.

Die Figur 1 zeigt schematisch eine Anordnung 1 mit einer Aufsicht auf einen Stapel 7 (oder Verbund) von mindestens zwei oder mehreren Streckgittern 10, 10', 10' ', ... (Fig. 2) und Elektroden 4.

Die Streckgitter 10; 10', 10' ', ... haben eine vorzugsweise rechteckige Form und ein Aspektverhältnis von mindestens 1,2, insbesondere mindestens größer 2,0.

Ein solcher Stapel 7 von Streckgittern 10; 10', 10' ', ... wird in die Portal-Schweißmaschine eingebracht und dort mittels Stempeln, die die Elektroden 4 darstellen, zusammengeschweißt .

Die Elektroden 4 haben vorzugsweise ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt, der mindestens so lang ist wie der Stapel 7 oder die Streckgitter 10; 10', 10' ', ... breit sind, vorzugsweise diese überragt.

Dadurch kann der Stapel 7 abschnittsweise nur entlang seiner Längsrichtung durch die Elektrode 4 zusammengeschweißt werden .

Der Stapel 7 und die Elektroden 4 werden nur gegeneinander verschoben, um die gesamte Länge des Stapels 7 miteinander zu verbinden, da die komplette Breite des Stapels 7 durch seine Stempelfläche (bzw. Elektrodenfläche) abgedeckt wird. Dieser zeitliche Verlauf ist angedeutet durch den gestrichelt angedeuteten Verlauf 4 ' ( 1 . Schweißung) zu 4 ' ' ( 2 . Schweißung) .

Somit können Verbesserungen hinsichtlich der Ebenheit einzelner Streckgitter 10 , 10 ' , 10 ' ' , ... und des gesamten Stapels 7 erzielt werden .

Außerdem kann der Schweißimpuls durch das Vorhandensein mehrerer Kapazitäten so gesteuert werden, dass eine Spratzerbil- dung nahezu vermieden wird .

Die Anordnung der Leittechnik der Portalmaschine erzeugt zwei gegenläufige Magnetfelder, wodurch keine Kraft auf ferromagnetische Partikel entsteht und somit die Sprat zerbildung massiv reduziert werden kann .

Eine solche Anlage zum Kondensatorentladung-Schweißverfahren weist mehrere Kondensatoren auf , die zur Entladung zum Schweißen genutzt werden .

Die Kondensatoren können verschieden stark aufgeladen werden . Dies wird ermöglicht durch die Steuerung der Portalmaschine .

Die Portalmaschine kann dabei aber auch mehrere Kondensatoren aufweisen, die verschiedene Ladekapazitäten besitzen .

Ebenso weist die Portalmaschine eine Steuerung auf , die die Kondensatoren verschieden auf laden und entladen kann .

Folgende Verarbeitungs fenster wurden dabei als günstig identi fi ziert :

- Mehrfachpulse mit bis zu fünf Pulsen;

- Wartezeit zwischen den Pulsen mit bis zu 50ms .

Hierbei ist zwischen zumindest einem Vorpuls V und zumindest einem Hauptpuls H sowie optional nachgelagerte Nachpulse N zu di f ferenzieren . Der Vorpuls V dient der Aktivierung der Oberflächen der zu verbindenden Streckgitter 10, 10', 10' ', ... und somit zur Sprat zerredukt ion .

Der zumindest eine optionale Nachpuls N verbessert die Fügezone hinsichtlich der Anbindung, somit ist es möglich, gute Anbindungen bei reduzierten Spitzenströmen und somit sehr geringer Sprat zerbildung zu realisieren.

Vorpuls

Die Aufgabe des Vorpulses ist es, die Oberfläche zu aktivieren, um Schweißspritzer zu reduzieren.

Durch die Wahl von Kondensatoren mit einer Kapazität von vorzugsweise 25% ... 50% zum Hauptpuls H oder entsprechend verschiedenen Kondensatorkapazitäten sind extrem kurze Stromanstiegszeiten realisierbar.

Die Energie pro Stempelfläche beträgt 0, 3...1, 75J/mm ² , insbesondere 0, 3...0, 75 J/mm ² für Stahl, insbesondere für VA Stahl, und 1,0 ... l,75J/mm ² , insbesondere 1,0 ... 1,3 J/mm ² , für Titan (Ti) oder für Titanlegierungen.

Der Zündabstand, also die Pulspause, zwischen Vorpuls V und Hauptpuls H sind so gewählt, dass diese elektrisch und thermisch gekoppelt sind.

Die Zündabstände liegen vorzugsweise zwischen 2ms ... 10ms.

Hauptpuls

Der Hauptpuls H ist der erste Fügepuls.

Die Hauptpuls-Energie weist eine Energie pro Fläche 0,75 ... 3,25 J/mm ² auf, insbesondere 0,75 ... l,3J/mm ² für Stahl, insbesondere VA Stahl, und 2,0 ... 3,25J/mm ² , insbesondere 2,5 ... 3,25J/mm ² , für Titan (Ti) oder für Titanlegierungen.

Der Zündabstand zwischen Hauptpuls H und optionalem Nachpuls N ist so gewählt, dass diese elektrisch und thermisch gekoppelt sind.

Die Zündabstände liegen zwischen vorzugsweise 10ms ... 30ms.

Nachpuls

Durch die Veränderung der Widerstände über die Fügefläche der Streckgitter 10, 10', 10' ', ... in Verbindung mit dem Einsinken nach dem Hauptpuls H wird der Nachpuls N abgestimmt und dient als zweiter Fügepuls.

Die Notwendigkeit der Anwendung des Nachpulses N ist in Abhängigkeit der Werkstoffe der Streckgitter 10, 10', 10' ', zu wählen .

Durch die Wahl von Kondensatoren mit einer Kapazität von 120% ... 190% zum Hauptpuls H wird die notwendige Schweißenergie zur Verfügung gestellt.

Die Nachpuls-Energie pro Stempelfläche beträgt 1,1 ... 4, 0 J/mm ² , insbesondere 1,1 ... 2,0 J/mm ² , ganz insbesondere 1,1 ... 1,3 J/mm ² , bei Stahl, insbesondere VA Stahl, und 2,2 ... 4,0J/mm ² , insbesondere 2, 6 ... 4,0 J/mm ² , bei Titan (Ti) oder Titanlegierungen .

Figur 3 zeigt einen beispielhaften Verlauf von 3 Pulsen V, H, N.

Aufgetragen ist der Energieinhalt E oder die verwendete Kapazität des/der Kondensatoren auf der y-Achse gegenüber dem zeitlichen Verlauf t der Entladung auf der x-Achse.

Die Fläche unter der Kurve ist ein Maß für die Einbringung von Energie beim Schweißen. Dies sind hier beispielsweise ein Vorpuls V, ein Hauptpuls H sowie ein Nachpuls N .

Es ist deutlich zu erkennen durch die geringere Höhe des Maximums des Vorpulses V gegenüber dem Hauptpuls H oder dem Nachpuls N, dass die verwendete Energie beim Vorpuls V oder die verwendete Kapazität des Kondensators deutlich geringer ist .

Die Kurven der Pulsverläufe ähneln einer Weibull-Funktion mit steilem Verlauf des Anstiegs zum Maximum .

Die Abstände der Maxima der verschiedenen und aufeinander folgenden Pulse V, H, N sind auch ein Maß für die Abstände der Zündung der verschiedenen Kondensatoren für die verschiedenen Pulse .

Relativ kurz nach dem Vorpuls V wird der Hauptpuls H gezündet , der eine deutlich höhere Energie gegenüber dem Vorpuls V aufweist und zum ersten Schweißen der zu fügenden metallischen Streckgitter 10 , 10 ' , 10 ' ' , ... führt .

Die Verwendung des oder der Nachpulse N ist nicht zwingend notwendig .

Nicht zwingend notwendig, aber hier durchgeführt und erkennbar, ist ein größerer Abstand zwischen Nachpuls N und Hauptpuls H, wobei für den Nachpuls N eine messbare höhere Energie im Vergleich zum Hauptpuls H verwendet wird .

Folgende Konstellationen für die Pulse V - H - N sind denkbar : 1- 1- 0 1- 1- 1 1- 1-2 1-2- 1 1-2-2 . Folgende Schweißparameter sind vorteilhaft:

- Kraft 20kN ... 130kN,

- Gesamtenergie 28kJ ... 128kJ für Stahl (VA) und bis 350kJ für Titan oder Titanlegierungen,

- Spitzenstrom 300kA ... 550kA.

Folgende Schweißparameter in Bezug auf die Elektrodenfläche sind vorteilhaft:

N N

- Kraft 0,5 - -..3,5 - -, mm ² mm ²

N N insbesondere 0,5 - -...0,8 -, und/oder mm ² mm

- Gesamtenergie 0,7 .8, 75 mm ² mm ² insbesondere 3,4 — ...8,75 und/oder mm ² mm ²

- Spitzenstrom 7,5 .

Oder in absoluten Werten:

Presskraft der Stempel (4) 20kN ... 130kN und/ oder

Gesamtenergie 28kJ ... 350kJ je nach Material und/ oder

Spitzenstrom 300kA ... 550kA je nach Material.

Die Elektroden 4 haben vorzugsweise folgende Größen von 50x500 ... 250x500mm, vorzugsweise 50x400 ... 100x400mm.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Anordnung 1 gemäß Figur 1.

Zu erkennen sind die einzelnen Streckgitter 10' ,10' ', 10' ' '. Beim Verschweißen wird eine mechanische Vorspannung F verwendet .

Zur Erzeugung eines Stapels 1 können mehrere Streckgitter 10, 10', 10' ', ... auf einmal miteinander verschweißt werden bzw. einzeln, paarweise oder mehrfach hinzugefügt werden, um dickere Stapel zu erzeugen. Die wesentlichen Vorteile sind:

• Schnellere und kosteneffizientere Produktion durch inli- ne-Prozess möglich.

• Vermeidung von Schweißsprat zern durch Mehrfachpulstechnik.

• Verbesserung der Ebenheit durch größere Schweißelektroden .

Figur 4 zeigt eine beispielhafte Aufsicht auf ein Streckgitter 10.

Das Streckgitter 10 weist eine Längsrichtung 16 auf.

Das Streckgitter 10 weist mehrere durchgehende Öffnungen 13 auf, die vorzugweise gleichmäßig verteilt sind über die Oberfläche des Streckgitters 10.

Die Öffnungen 13 sind vorzugsweise nicht rund und weisen ein Aspektverhältnis von deutlich größer 1, also mindestens 1,1 auf, d. h. sind längst gestreckt und erstrecken sich vorzugsweise in Richtung der Längsrichtung 16 des Streckgitters 10.

Die Öffnungen 13 können oval oder ellipsenförmig ausgebildet sein .

Weitere Querschnitte sind denkbar.

Die Streckgitter 10' ... 10' ' (Fig. 2) sind vorzugsweise so übereinander geordnet, dass die Längsrichtungen 19 der jeweiligen Öffnungen 13 der jeweiligen Lagen 10', 10' ', ... der Streckgitter jeweils in die gleiche Richtung verlaufen.