Verbundprofile aus Stahl für vibrierende Abfalltrennroste
Vibration findet früher oder später jede Schwachstelle in einer Verbindung. Ein Unternehmen der Abfallbehandlung verlor immer wieder MIG-geschweisste Verbindungen an den Profilen, die die Schwingroste in seinen Sortieranlagen tragen, wo die Last nie zur Ruhe kommt und die Lastwechsel nie aufhören. Montanstahl entwickelte stattdessen ein Verbundprofil und fügte durch Laserschweissen eine kundenspezifische warmgewalzte Ankerführung an ein lasergeschweisstes Rohr, eine Geometrie, die mit Standardverfahren nicht herstellbar ist. Das warmgewalzte Profil wurde direkt auf die Einbaulänge von 6 300 mm gefertigt, und der erste Auftrag umfasste 277 Stäbe bzw. 26,5 Tonnen aus Baustahl S355.
Kaskadentrennung und die Struktur, die sie trägt
Tragprofile in grossen Abfalltrennanlagen sind hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, weil die Vorgänge, die sie tragen, konstruktionsbedingt hochdynamisch sind. Der Kunde ist in der Abfallbehandlung tätig und benötigte ein Verbundprofil für die Siebsysteme seiner Sortieranlagen, in denen der Querschnitt alles andere als eine Nebenrolle spielt. Er trägt die grossen Schwingroste, die den Abfall nach Grösse trennen: Kleinere Fragmente fallen durch die ersten Siebe, während grössere Teile weiterwandern, und so entsteht die Kaskadentrennung, auf die die Anlage angewiesen ist. Die gesamte Baugruppe arbeitet unter ständiger Vibration, und genau dort hatte die bisherige Lösung versagt, denn die MIG-Schweissnähte der vom Kunden selbst gefertigten Profile rissen im Betrieb. Anlagen im Maschinen- und Anlagenbau erreichen häufig diesen Punkt, an dem nicht der Werkstoff oder die Konstruktion die Grenze setzt, sondern die Verbindung zwischen den Teilen.
Eine vibrationsfeste Verbindung und zwei Technologien in einem Stab
Drei Schwierigkeiten bestimmten das Projekt. Die erste war die Festigkeit der Schweissnaht, denn die Verbindung musste so tragfähig sein, dass Rissbildung unter Vibration ausgeschlossen ist; das bedeutete, die eigentliche Ursache der bisherigen Schäden zu beheben, statt sie durch Verstärkungen zu umgehen. Eine MIG-Naht bringt Zusatzwerkstoff in einer breiten Raupe mit einer ausgedehnten Wärmeeinflusszone ein und hinterlässt Eigenspannungen sowie eine geometrische Kerbe genau dort, wo ein Ermüdungsriss bevorzugt entsteht. Die zweite war die Kombination von Warmwalzen und Laserschweissen zu einem funktionalen Bauteil, zwei Verfahren mit unterschiedlichen Toleranzklassen und Oberflächenzuständen, die dennoch an einer einzigen Fügefläche zusammentreffen müssen. Die dritte war dimensional, da die Montage eine exakte Länge von 6 300 mm verlangte und die Genauigkeit dafür nicht geopfert werden durfte. Die Zeichnung sieht zudem unterschiedliche Güten vor, mit der gewalzten Führung aus einem Stahl und dem Grundkörper aus einem anderen, sodass die Verbindung auch über diese Grenze hinweg funktionieren muss.
Anwendungskontext
Die Lösung war ein Verbundprofil, bei dem eine kundenspezifische warmgewalzte Ankerführung durch Laserschweissen auf ein lasergeschweisstes Rohr gefügt wird; so entsteht ein Querschnitt, den kein einzelnes Standardverfahren liefern könnte. Das Walzen formt die Führung mit den Hinterschneidungen und Auflagen, die die Rostbefestigungen benötigen, das Rohr bringt Torsionssteifigkeit bei geringem Gewicht ein, und das Laserschweissen verbindet beide mit einer schmalen, tief eindringenden Naht und sehr geringen Eigenspannungen. Das ergibt die strukturelle Integrität, die für dauerhafte Vibration nötig ist, und beseitigt die Rissbildung, die der Kunde bei den früheren MIG-Nähten beobachtet hatte. Das warmgewalzte Profil wurde direkt auf die Einbaulänge von 6 300 mm gefertigt, sodass die Stäbe einbaufertig ankommen, ohne Zuschnitt oder Anpassung vor Ort; der erste Auftrag umfasste 277 Stäbe mit insgesamt 26,5 Tonnen aus Baustahl S355. Verbund- und Hybridquerschnitte dieser Art werden als Sonderprofile entwickelt; die Möglichkeiten sind in den technischen Q&A beschrieben.