DE10357693A1

DE10357693A1 - Verfahren zur Herstellung metallischer Gewebelaminate

Info

Publication number: DE10357693A1
Application number: DE2003157693
Authority: DE
Inventors: Ulrich Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Melicon 41836 Hueckelhoven De GmbH
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: DE10357693B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Gewebelaminaten aus mehreren Gewebelagen, bei dem die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: DOLLAR A a) Fördern wenigstens zweier übereinander angeordneter Gewebelagen in einen zwischen gegenüberliegenden Elektroden befindlichen Spalt, DOLLAR A b) Herstellen eines elektrisch leitenden Kontaktes zwischen den Gewebelagen und den Elektroden. DOLLAR A c) Leiten eines elektrischen Stromes durch die Elektroden und die in dem Spalt befindlichen Gewebelagen, so daß die Gewebelagen an ihren gegenseitigen Kontaktstellen miteinander verschmelzen und DOLLAR A d) Weiterfördern der Gewebelagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Gewebelaminaten aus mehreren Gewebelagen.

Die Herstellung von metallischen Gewebelaminaten ist aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei kann es sich beispielsweise um Drahtgewebelaminate zur Verwendung als Filtermaterial handeln. Die Gewebelaminate werden durch mehrere Drahtgewebelagen gebildet, welche durch Sintern miteinander verbunden werden. Es ist ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, Streckmetalle oder gelochte Bleche mit den Drahtgeweben zu versintern. Typische Verwendungsfelder für derartige Laminate sind der Einsatz als Filtergewebe in der Kunststoffverarbeitung, der Erdölförderung oder im Bereich der Verfahrenstechnik.

Die Herstellung der Gewebelaminate im Stand der Technik erfolgt dadurch, daß die jeweiligen Gewebelagen in der gewünschten Größe übereinander geschichtet werden und in einem Sinterofen einen Sinterprozeß durchlaufen. Bei der Sinterung werden die einzelnen Gewebelagen bei hohen Temperaturen unter mechanischem Druck in einem Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre miteinander versintert. Dieser Sinterprozeß wird auch als Diffusionsschweißen bezeichnet. Die in den Gewebelagen verwendbaren Drahtdurchmesser liegen typischerweise in einem Bereich zwischen 0,017 und 2 mm.

Nachteilig wird die herstellbare Größe der Gewebelaminate durch die Abmessungen des Sinterofens begrenzt. Aus diesem Grund sind die Maße der mittels eines Verfahrens nach dem Stand der Technik hergestellten Gewebelaminate auf etwa 1.200 mm × 1.800 mm begrenzt. Die Herstellung größerer Laminate in Sinteröfen geeigneter Größe ist unwirtschaftlich.

Um großflächige Gewebelaminate herzustellen, werden die einzelnen wie oben beschrieben hergestellten Gewebelaminate aneinander gereiht und an ihren Stoßkanten miteinander verschweißt. Diese Verbindungsnaht stellt dabei einen erheblichen Risikofaktor dar, da es bedingt durch die Schweißung zu Aufhärtungen in der Schweißnaht und deren Randbereich kommen kann. Durch die Verwendung von Zusatzwerkstoffen während des Schweißens können die mechanischen Eigenschaften des Gewebelaminates im Bereich der Schweißnaht zusätzlich verändert werden. So wird beispielsweise die Zugfestigkeit und die Elastizität des Laminates im Bereich der Schweißnaht stark beeinträchtigt, was insbesondere bei einer nachfolgenden Dehnung des Laminates, beispielsweise bei einer Verformung zu einem Filterrohr, zu Rissen bzw. zum Versagen der Schweißnaht oder des Gewebelaminates im Bereich der Naht führen kann. Des weiteren sind Fehler in den Verbindungsnähten, wie beispielsweise Löcher, wenn überhaupt nur schwer zu beseitigen und können dazu führen, daß ursprünglich fehlerfrei hergestellte Gewebelaminatsabschnitte verschrottet werden müssen, was einen weiteren Kostenfaktor darstellt. Das Verschweißen der einzelnen Gewebelaminatsabschnitte miteinander stellt einen zusätzlichen Herstellungsschritt bei der Fertigung von großflächigen Gewebelaminaten dar, welcher zusätzliche Kosten verursacht.

Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem Gewebelaminate auch in großen Abmessungen bzw. als Endlosmaterial hergestellt werden können. Das Verfahren soll kostengünstig arbeiten und Gewebelaminate mit homogenen Eigenschaften ermöglichen. Durch das Verfahren sollen großflächige Gewebelaminate ohne zusätzliche Verbindungsschweißvorgänge herstellbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung metallischer Gewebelaminate aus mehreren Gewebelagen gelöst, welches die folgenden Schritte aufweist:

a) Positionieren wenigstens zweier übereinander angeordneter Gewebelagen in einen zwischen gegenüberliegenden Elektroden befindlichen Spalt,
b) Leiten eines elektrischen Stromes durch die Elektroden und die in dem Spalt befindlichen Bereiche der Gewebelagen, so daß die Gewebelagen mindestens an einer ihrer gegenseitigen Kontaktstellen durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden werden.

Durch dieses Verfahren werden vorteilhaft mehrere Gewebelagen in einem durch die Größe der Elektroden bestimmten Bereich miteinander durch Widerstandsschweißen verschweißt. Beim Widerstandsschweißen erfolgt die Erwärmung der Kontaktstellen der einzelnen Gewebelagen infolge der Joulschen Widerstandserwärmung bei Stromfluß durch einen elektrischen Leiter. Die Erwärmung der Kontaktstellen hängt von der Stromstärke, dem Gesamtwiderstand der Elektroden sowie der Gewebelagen sowie der Schweißdauer ab. Die genaue Auswahl der jeweils verwendeten Schweißparameter ist beispielsweise von den Eigenschaften der miteinander zu verschweißenden Materialien der Gewebelagen, wie dem spezifischen Widerstand, der Geometrie oder der Größe der Kontaktstellen, abhängig. Die Ermittlung dieser Schweißparameter erfolgt auf den jeweiligen Anwendungsfall bezogen nach bekannten Regeln der Schweißtechnik.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Verfahrensschritte a) und b) wiederholt derart durchgeführt werden, daß in den einzelnen Durchgängen benachbarte Bereiche der Gewebelagen zur Ausbildung eines großflächigen Gewebelaminats miteinander verschweißt werden. Dadurch wird vorteilhaft ermöglicht, daß mit Elektroden einer bestimmten Größe Gewebelaminate hergestellt werden können, deren Größe ein Vielfaches der Elektrodengröße beträgt. Das Gewebelaminat ist ebenfalls als quasi endlos langes Band herstellbar, wenn der Vorschub der Gewebelagen in eindimensionaler Richtung erfolgt. Durch einen Vorschub in zwei Richtungen ist ebenfalls die Herstellung großflächiger Laminate denkbar. Durch eine geeignete Positionierung der Gewebelagen relativ zu den Elektroden wird dabei erreicht, daß die benachbarten Bereiche aneinander angrenzend oder überlappend verschweißt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird nach jedem Schweißvorgang der Bereich der miteinander verbundenen Gewebelagen durch einen Vorschub der nicht miteinander verbundenen Gewebelagen aus dem zwischen den Elektroden vorliegenden Spalt gefördert. Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß die den Elektroden zugeführten einzelnen Gewebelagen als Endlosmaterial auf Rollen aufgewickelt vorliegen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist des weiteren vorgesehen, daß das Gewebelaminat nach dem Verschweißen auf eine Rolle aufgewickelt wird. Ein Aufrollen des hergestellten Gewebelaminats wird vorteilhaft dadurch ermöglicht, daß keine Verbindungsnähte zwischen einzelnen Gewebelaminatplatten vorgesehen sind und das Gewebelaminat dadurch eine ausreichende Elastizität aufweist, um einer Rolle aufgewickelt zu werden. Auf diese Weise ist ein metallisches Gewebelaminat vorteilhaft als Endlosmaterial herstellbar. Die Breite eines derartigen Gewebverbundes kann darüber hinaus durch eine entsprechende Anordnung der verwendeten Schweißelektroden beliebig variiert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, mehrere Schweißelektroden nebeneinander zu platzieren, um ein Gewebelaminat mit entsprechend großer Breite herzustellen. Die Abmessungen des hergestellten Gewebelaminates werden vorteilhaft nicht mehr durch das Herstellungsverfahren begrenzt, viel eher werden die Abmessungen nunmehr durch den Transport oder die Lagerung des Gewebelaminates begrenzt. Besonders vorteilhaft entspricht der Vorschub der Gewebelagen der Länge des Bereiches der miteinander verbundenen Gewebelagen. Dadurch wird im Bedarfsfall vermieden, daß bereits miteinander verschweißte Bereiche des Laminats wiederholt einem Schweißvorgang unterzogen werden, bzw. daß zwischen miteinander verschweißten Bereichen unverschweißte Gewebelagen vorliegen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der elektrisch leitende Kontakt zwischen den Gewebelagen und den Elektroden hergestellt, indem die Spaltweite zwischen den Elektroden verringert wird. Dazu ist vorgesehen, daß die Elektroden hydraulisch oder pneumatisch verfahren werden. Durch das Verringern der Spaltweite zwischen den Elektroden werden die einzelnen Gewebelagen mit einer definierten Kraft gegeneinander gedrückt. Auf diese Weise werden die Gewebelagen relativ zueinander fixiert, des weiteren wird die für das Widerstandsschweißen benötigte Anpresskraft aufgebracht. Vor dem einem erneuten Positionieren der Gewebelagen wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Spaltweite zwischen den Elektroden vergrößert, wodurch die Klemmung der miteinander verschweißten Gewebelagen aufgehoben wird und diese für einen weiteren Vorschub freigegeben werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die geometrische Form des Gewebelaminates durch die geometrische Ausformung der Elektroden bestimmt wird. So kann mit eben geformten Elektroden ein flaches, bandförmiges Laminat hergestellt werden, während beispielsweise mit Hilfe von profilierten Elektroden Laminate mit entsprechend profiliertem Querschnitt hergestellt werden können. Denkbar sind in diesem Zusammenhang Laminate mit einem konvexen, konkaven, wellenförmigen oder beliebigen anderen Querschnitten.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß das hergestellte Gewebelaminat nach dem Verschweißen in gewünschter Länge abgetrennt wird. Auf diese Weise können vorteilhaft Gewebelaminatabschnitte in gewünschten Größen hergestellt werden. Es kann vorgesehen sein, daß das Gewebelaminat als quasi endloses Material produziert wird und unmittelbar nach dem Verschweißen der einzelnen Gewebelagen durch eine geeignete Trennvorrichtung aus diesem endlosen Gewebelaminat Stücke beliebiger Abmessungen und Formen herausgetrennt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Verschmelzen der Gewebelagen miteinander unter einer Schutzgasatmosphäre. Die Schutzgasatmosphäre wird in unmittelbarer Umgebung der Schweißelektroden erzeugt. Unter einer solchen Schutzgasatmosphäre ist vorteilhaft eine Verarbeitung von sauerstoffafinen Werkstoffen, wie beispielsweise Titan, möglich, da durch die Schutzgasatmosphäre eine Oxidation der Werkstoffe während des Schweißvorganges verhindert wird. Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Verbindung der Gewebelagen miteinander in einem Vakuum erfolgt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren metallische Gewebe, perforierte und/oder nicht perforierte Bleche miteinander verbunden. Dadurch wird vorteilhaft die Herstellung von Gewebelaminaten mit unterschiedlichen Eigenschaften ermöglicht. Die Laminate können zur Herstellung von an unterschiedliche Anforderungen angepaßten Filtern genutzt werden. So werden beispielsweise Gewebelaminate mit unterschiedlicher Durchlässigkeit, Festigkeit oder Stabilität ermöglicht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß zum Verbinden der Gewebelagen Stromimpulse von einer Dauer zwischen 5 und 100 ms genutzt werden. Durch derartig kurze Stromimpulse werden die Gewebelagen nur wenig erwärmt, wodurch deren thermischer Verzug minimiert wird. Vorteilhaft ist eine zusätzliche Kühlung der Gewebelagen nicht erforderlich. Aufgrund der geringen Erwärmung der einzelnen Gewebelagen können vorteilhaft mehrere verschiedene Gewebearten miteinander verschweißt werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das erfindungsgemäße Verfahren automatisch gesteuert wird. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Herstellung der Gewebelaminate vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt wird.

Weitere Besonderheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Dieses Beispiel dient nur der Erklärung und ist nicht beschränkend. Dabei zeigt:
1 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Verfahrensschritt,
2 die Vorrichtung aus 1 in einem zweiten Verfahrensschritt,
3 die Vorrichtung aus 1 in einem dritten Verfahrensschritt,
4 die Vorrichtung aus 1 in einem vierten Verfahrensschritt und
5 die Vorrichtung aus 1 in einem fünften Verfahrensschritt.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Man erkennt drei verschiedene Gewebelagen 1, 2 und 3, welche unterschiedliche Strukturen aufweisen können. Beispielsweise kann die Gewebelage 1 ein Drahtgeflecht aus Drähten eines dünnen Durchmessers, die Gewebelage 2 ein Drahtgeflecht aus Drähten dicken Durchmessers und die Gewebelage 3 ein perforiertes Blech sein. Die einzelnen Drähte können miteinander in einem beliebigen Muster regelmäßig verwoben sein oder vliesartig ungeordnet miteinander verschlungen sein. Die Gewebelagen 1, 2 und 3 werden in die durch den Pfeil A gekennzeichnete Richtung in einen zwischen zwei Elektroden 4 und 5 vorliegenden Spalt 8 gefördert. Die Weite W des Spaltes 8 ist derart gewählt, daß die Gewebelagen 1, 2 und 3 problemlos zwischen den Kontaktflächen 6 und 7 der Elektroden 4 und 5 hindurch gefördert werden können. Die Vorschubbewegung A der Gewebelagen 1, 2 und 3 wird gestoppt, wenn die Gewebelagen 1, 2 und 3 den zwischen den Elektroden 4 und 5 liegenden Spalt 8 vollständig ausfüllen.
In 2 erkennt man, daß die Spaltweite W₁ des Spaltes 8 zwischen den Elektroden 4 und 5 auf eine Spaltweite W₂ verringert wird. Dieses kann wahlweise durch eine Bewegung beider Elektroden 4 und 5 in Richtung der Gewebelagen 1, 2 und 3 oder durch die Bewegung einer der beiden Elektroden 4 und 5 in Richtung der Gewebelagen 1, 2 und 3 erfolgen. Die Bewegungsrichtung der Elektroden 4 und 5 ist durch den Pfeil B gekennzeichnet. Die Bewegung der Elektroden 4 und 5 wird gestoppt, wenn die Gewebelagen 1, 2 und 3 durch eine bestimmte, beispielsweise durch die Steuerung vorgegebene Kraft F zusammengepreßt werden. Die Anpreßkraft F richtet sich nach der Art der miteinander zu verbindenden Gewebelagen und kann individuell durch die Steuerung eingestellt werden.
3 stellt schematisch das Verschweißen der einzelnen Gewebelagen miteinander dar. Durch die mit der konstanten Anpreßkraft F gegeneinander gepreßten Gewebelagen 1, 2 und 3 wird über die Elektroden 4 und 5 ein Schweißimpuls 1 für eine bestimmte Impulsdauer t aufgegeben. Die Impulsdauer t liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 und 100 ms. Aufgrund dieses Stromimpulses erfolgt die Erwärmung der Kontaktstellen der einzelnen Gewebelagen 1, 2 und 3 infolge der Joulschen Widerstandserwärmung bei Stromfluß durch einen elektrischen Leiter. Die Erwärmung der Kontaktstellen hängt von der Stromstärke, dem Gesamtwiderstand der Elektroden 4 und 5 sowie der Gewebelagen 1, 2 und 3 sowie der Schweißdauer ab. Die genaue Auswahl der Schweißparameter ist von den Eigenschaften der miteinander zu verschweißenden Materialien der Gewebelagen 1, 2 und 3, wie beispielsweise dem spezifischen Widerstand, der Geometrie oder der Größe der Kontaktstellen, abhängig. Die Ermittlung dieser Schweißparameter erfolgt auf den jeweiligen Anwendungsfall bezogen nach bekannten Regeln der Schweißtechnik.
In 4 erkennt man, daß die Elektroden 4 und 5 nach erfolgter Verschweißung der Gewebelagen 1, 2 und 3 miteinander wieder voneinander entfernt werden, bis die zwischen ihnen vorliegende Weite des Spaltes 8 wie zu Beginn des Verfahrens die Spaltweite W₁ aufweist. Auf diese Weise geben die Elektroden 4 und 5 die miteinander verschweißten Gewebelagen 1, 2 und 3 frei.
In 5 ist dargestellt, daß die miteinander verschweißten Gewebelagen 1, 2 und 3 durch den Vorschub der nicht miteinander verschweißten Gewebelagen 1, 2 und 3 aus dem Spalt 8 zwischen den Elektroden 4 und 5 herausgefördert werden. Die Vorschubbewegung der Gewebelagen 1, 2 und 3 wird gestoppt, wenn der Übergangsbereich 9 zwischen den miteinander verschweißten Gewebelagen 1, 2 und 3 und den nicht miteinander verschweißten Gewebelagen 1, 2 und 3 sich an der in Förderrichtung rückwärtigen Seite der Elektroden 4 und 5 befindet. Die zwischen den Elektroden 4 und 5 befindlichen Gewebelagen 1, 2 und 3 sind zu diesem Zeitpunkt nicht miteinander verschweißt. Die in 2, 3, 4 und 5 dargestellten Verfahrensschritte werden beliebig oft wiederholt, wodurch ein aus miteinander verschweißten Gewebelagen 1, 2 und 3 gebildetes quasi endloses Gewebelaminat 10 hergestellt wird.

1: Gewebelage 1
2: Gewebelage 2
3: Gewebelage 3
4: Schweißelektrode
5: Schweißelektrode
6: Kontaktseite
7: Kontaktseite
8: Spalt
9: Übergangsbereich
10: Gewebelaminat
A: Vorschubrichtung der Gewebelagen
B: Vorschubrichtung der Elektroden
W₁: Spaltweite beim Vorschub
W₂: Spaltweite bei Klemmung
F: Anpresskraft

Claims

Verfahren zur Herstellung metallischer Gewebelaminate aus mehreren Gewebelagen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Positionieren wenigstens zweier übereinander angeordneter Gewebelagen in einem zwischen gegenüberliegenden Elektroden befindlichen Spalt und b) Leiten eines elektrischen Stromes durch die Elektroden und die in dem Spalt befindlichen Bereiche der Gewebelagen, so daß die Gewebelagen mindestens an einer ihrer gegenseitigen Kontaktstellen durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte a) und b) in mehreren Durchgängen wiederholt derart durchgeführt werden, daß in den einzelnen Durchgängen benachbarte Bereiche der Gewebelagen zur Ausbildung eines großflächigen Gewebelaminats miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der miteinander verbundenen Gewebelagen durch einen Vorschub der nicht miteinander verbundenen Gewebelagen aus dem Spalt heraus gefördert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Kontakt zwischen den Gewebelagen und den Elektroden hergestellt wird, indem die Spaltweite zwischen den Elektroden verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Positionieren der Gewebelagen die Spaltweiten zwischen den Elektroden vergrößert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden hydraulisch oder pneumatisch verfahren werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Spalt befindlichen Gewebelagen gegeneinander gedrückt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Form des Gewebelaminates durch die geometrische Ausformung der Elektroden bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebelagen auf Rollen aufgewickelt sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hergestellte Gewebelaminat aufgerollt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hergestellte Gewebelaminat in gewünschten Maßen abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen der Gewebelagen miteinander unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen der Gewebelagen miteinander in einem Vakuum erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß metallische Gewebe, perforierte und/oder nicht perforierte Bleche miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Strom für eine Zeitdauer zwischen 5 ms und 10 ms durch die in dem Spalt befindlichen Gewebelagen geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren automatisch gesteuert wird.
Gewebelaminat, gekennzeichnet durch mittels Widerstandsschweißen miteinander verbundenen Gewebelagen.