Stellvertretend für die 19 Fraunhofer-Institute berichtete das Aachener Fraunhofer Institut für Produktionstechnologien (IPT) am 18. März über zwei unterschiedliche Fertigungsansätze für metallische Bipolarplattenhälften: Die diskrete Umformung im Folgeverbundwerkzeug und das kontinuierliche Walzprägen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren.
„Während die hochwertige Einzelfertigung von Bipolarplattenhälften im Labormaßstab gelingt, hat sich bisher kein diskretes, serienfertigungstaugliches Umformverfahren am Markt etablieren können“, berichtet das Forschungsteam. Angestrebt wird eine schnelle Taktung von über 60 Hüben pro Minute bei gleichbleibend hoher Umformqualität.
Diskrete Umformung
Für die diskrete Fertigung erweitern die Forschenden ein bestehendes Folgeverbundwerkzeug um neue Funktionen: Ein integriertes Erwärmungsmodul macht das dünne Blechmaterial leichter umformbar. Gleichzeitig entwickeln sie eine Inline-Qualitätsprüfung, die Produktionsdefekte frühzeitig erkennen und damit Ausschussraten senken soll.
„Die Erkennung von Störgrößen, wie sie zum Beispiel durch Werkzeugverschleiß zustande kommen, oder Abweichungen bei der Handhabung des Materials sind zentrale Forschungsschwerpunkte im Projekt“, hebt das Fraunhofer IPT hervor.
Kontinuierliches Walzprägen
Als alternativen Ansatz entwickeln die Wissenschaftler ein kontinuierliches Walzprägeverfahren, bei dem das Design der Bipolarplatten-Halbschale über eine Walze in eine metallische Folie eingeprägt wird. Zur Optimierung dieses Prozesses setzen die Forschenden zudem auf umfangreiche Sensortechnik.
„Wir binden zusätzliche Sensoren an den Prägewalzen des Kalanders ein, die darüber Auskunft geben, welche Verformungen auftreten“, erklärt das Projektteam. In Simulationen werden die Messwerte verglichen und validiert, um die Auslegung des Maschinensystems zu verbessern.
Kontinuierliches Walzprägen zur Produktion von Bipolarplatten (Quelle: Fraunhofer IPT)
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Verschleißvorhersage. Der hohe Durchsatz industrieller Serienfertigung führe nämlich zu Abnutzung und Verschleiß an den Werkzeugen, heißt es in der Pressemitteilung. Daher vergleichen die Forschenden systematisch die Standzeiten verschiedener Walzenmaterialien an einem Verschleißprüfstand für hohe Zyklenzahlen. Von den gewonnenen Daten erhoffen sich die Fraunhofer-Expertem genauere Prognosen über Nutzungsdauer und Prozesskosten.
Lückenlose Rückverfolgbarkeit durch digitale Kennzeichnung
Um den Weg der Komponenten durch die komplexe Prozesskette zu verfolgen, setzen die Wissenschaftler auf ein umfassendes Track-and-Trace-System. Jedes Werkstück erhält im ersten Prozessschritt einen Data-Matrix-Code (DMC), der in allen Folgeprozessen ausgelesen wird.
„Mit dem DMC können wir Qualitäts- und Maschinendaten lückenlos zurückverfolgen und auswerten“, betont das Projektteam. Die gesammelten Informationen helfen, die Fertigung gezielt zu optimieren und die Produktionseffizienz zu steigern. „So können wir Muster und Trends identifizieren, die zur Verbesserung der Produktqualität und zur Beseitigung von Fehlerquellen beitragen.“
Überwindung von Markthürden durch verbesserte Produktionstechnologie
„Um einen flächendeckenden Einsatz der Brennstoffzelle zu erreichen, bedarf es ausgereifter Produktionstechnologien für die Serienfertigung“, erklärt das Projektteam des Fraunhofer IPT. Zwar stecke bereits viel Grundlagenforschung in der Technologie. Komponenten seien aber immer noch nicht in den erforderlichen Stückzahlen und zu vertretbaren Kosten verfügbar.
Millionen für Fraunhofer-Institute
H2GO erhält Fördermittel durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMVD) im Rahmen des Nationalen Innovationprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase 2 (NIP II). Im September 2022 hatte Bundesverkehrsminister Volker Wissing persönlich den Förderbescheid über 80 Millionen Euro überreicht.
Interessierte Fachbesucher können sich auf der Hannover Messe in Halle 13, Stand C47 über die Aktivitäten des Fraunhofer IPT informieren.
