EO

Magnetisch pulslassen maakt waterstofsystemen veilig voor vliegtuigen

14 april 2021 om 11:30 uur

Bij magnetisch pulslassen zorgt de magnetische druk van een gereedschapsspoel voor een snelle botsing en de vorming van een solid-state verbinding van enkele millimeters breed, evenals een hoge stabiliteit en lekdichtheid, zelfs onder extreme toepassingsomstandigheden. Foto: ronaldbonss.com

Milieuvriendelijk vliegen op waterstof klinkt leuk, maar hoe maak je een veilig systeem voor deze cryogene brandstof die pas bij -253 graden Celsius bruikbaar is? Zowel tanks als leidingsystemen moeten bij zulke lage temperaturen absoluut dicht zijn.


Er is een nieuw lasproces ontwikkeld: magnetisch pulslassen. En onderzoekers hebben nu aangetoond dat deze verbindingstechnologie extreem veerkrachtige verbindingen van gemengde metalen kan produceren voor cryogene toepassingen.

 

Wetenschappers van Fraunhofer IWS in Dresden hebben de onderzoeksneutronenbron Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) aan de TU München voorzien van een speciaal onderdeel van koper, hoogwaardig staal en aluminium voor zijn cryostaten - koelsystemen die extreem koud kunnen blijven. Tot nu toe moest dit onderdeel worden vervaardigd door een complex proces metlasnaden vervaardigd door meerdere laserstralen, extra verbindingselementen en een hardgesoldeerde of elektronenstraal-lasnaad. "Maar toen waren er problemen met stabiliteit en dichtheid", zegt Markus Wagner, groepsmanager ontwerp en speciale processen bij IWS. De magnetische pulsmethode creëert binnen enkele microseconden strakkere verbindingen die zowel betrouwbaar zijn bij zeer lage temperaturen (tot min 270 graden Celsius), als daar waar extreme temperatuurverschillen heersen. Ook  worden ​​overlappen gemaakt, die de verbindingen nog stabieler maken. 

 

 De technologieën die eerder door de onderzoekers van de Technische Universiteit München werden toegepast, behoren tot de groep van smeltlasprocessen. Metalen worden versmolten om een ​​verbinding tussen hen te creëren. Deze methoden zijn echter afhankelijk van de metalen met vergelijkbare smeltpunten. Jürgen Peters, hoofd Sample Environment bij het onderzoek naar neutronenbron FRM II: ""Het probleem doet zich voor wanneer we verbindingen proberen te maken tussen metalen die zeer verschillende fusietemperaturen hebben of extreem bros worden wanneer ze met elkaar worden gemengd - bijvoorbeeld aluminium met koper of hoogwaardig staal. De monsters die zijn gelast met de magnetische pulsmethode hebben de dichtheidstests doorstaan."

 

Snelle, kostenefficiënte verbinding

Bij magnetisch pulslassen hoeven de materialen niet te worden versmolten. "Het is niet gebaseerd op een hoge warmte-inbreng. Het proces berust voornamelijk op een hoge druk tussen de verbindingsmaterialen ", legt expert Jörg Bellmann uit. Wanneer het proces begint, is er een afstand van anderhalve millimeter tussen de verbindingsmaterialen. Een magnetisch veld zorgt ervoor dat een van de twee materialen versnelt. In de rest van het proces botsen de metalen met een felle flits met hoge snelheden - 200 tot 300 meter per seconde. Er wordt dan een hoge druk gegenereerd op het verbindingsoppervlak en dit last uiteindelijk de twee metalen aan elkaar. Een meetsysteem, eveneens ontwikkeld bij Fraunhofer IWS, garandeert daarbij dat de componenten correct gepositioneerd zijn, in de juiste hoek botsen en dat het hele proces zo min mogelijk energie gebruikt."

 

Bij toepassingen met vloeibare waterstof moeten materialen met een slechte warmtegeleiding, bijvoorbeeld hoogwaardig staal, worden samengevoegd met lichtgewicht constructiematerialen zoals aluminium. Het nieuwe proces maakt dit nu mogelijk. "De temperatuur wordt pas echt heet aan het grensvlak zelf", meldt Wagner. "We kunnen deze methode ook toepassen om extreem dunwandige componenten te combineren", voegt Bellmann toe. Dit wordt mogelijk gemaakt door het aanbrengen van speciale ondersteuningselementen die na afloop van het proces weer kunnen worden verwijderd.

 

Ook voor elektronica

En het nieuwe proces biedt potentieel voor meer dan alleen de vliegtuigbouw. De goede elektrische geleiding in de verbindingszones is het ook aantrekkelijk voor de elektromobiliteitssector en voor processen in de elektronica-industrie. "Deze lastechniek zal ook nieuwe mogelijkheden creëren voor de ruimtevaart", daar is Bellmann van overtuigd.

 

Gerelateerd nieuws

Een opblaasbare structuur die blijft staan zonder druk

Een opblaasbare structuur die blijft staan zonder druk (video)

Een team van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (Saes, VS) heeft een op origami geïnspireerd ontwerp ontwikkeld voor opblaasbare constructies die bljiven staan zonder constante…

Opnieuw Nederlandse finalist European Inventor Award

Nederlandse uitvinder stabiele loopplank in finale European Inventor Award (video)

De Nederlandse ingenieur, ondernemer en uitvinder Jan van der Tempel is genomineerd voor de European Inventor Award 2021. Hij is een van de finalisten in de categorie Industrie. Dat maakte het Europees Octrooibureau (EOB…

Uitnodiging: vier Star Wars-dag met nieuwe inzichten in productie in de ruimte

Uitnodiging: vier Star Wars-dag met nieuwe inzichten in productie in de ruimte

Op 4 mei is het niet alleen Dodenherdenking, maar ook International Star Wars Day. De Zweedse universiteit Chalmers maakt van de gelegenheid gebruik om zijn lopende onderzoeksactiviteiten met betrekking tot productie in…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Nieuw! Deurgreepmodule PSENmlock van Pilz

Het veilig heksysteem PSENmlock is uitgebreid met een unieke deurgreepmodule.

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

10 mei 2021

Webinar KNAW: Techniek in je mobiele telefoon

Hoe krijg je al die techniek in een steeds dunner apparaat?

18 mei 2021, online

The Battery Show & EV Tech Europe Digital Days

A conference and trade fair focused on keeping up with developments in the advanced battery and...

18 mei 2021, 18, 19 en 20 mei 2021

Machineveiligheid in vogelvlucht (online training)

Meer agendapunten »