Ausgabe zur BLECHEXPO 2019

16 Ausg.Nr._19/2019 Konzepte O hne Abgase eine noch höhere Reichweite er- zielen: Die Automobilin- dustrie und die Luftfahrtbranche setzen verstärkt auf alternative Antriebsformen und beziehen dabei auch wasserstoffbetriebe- ne Brennstoffzellen in ihre Über- legungen ein. Damit die bislang hohen Herstellungskosten der Brennstoffzellen sinken und neue wasserstoffelektrische Antriebe den Weg in den Markt finden, arbeitet das Fraunhofer- Institut für Produktionstech- nologie IPT aus Aachen ge- meinsam mit fünf Partnern aus Industrie und Wissenschaft im Forschungsprojekt »FlyGO« an neuen Konzepten und Systemen für die Großserienfertigung. Die Herstellungskosten der Brennstoffzellen sollen durch eine großserientaugliche Ferti- gungskette der erforderlichen Komponenten deutlich gesenkt werden. Sogenannte Bipolarplat- ten machen einen großen Ge- wichtsanteil der Brennstoffzelle aus und verursachen bis zu 45 Prozent der Produktionskosten einer Zelle. In hohen Stückzahlen bieten sie ein erhebliches Ein- sparpotenzial. Zur Produktion dieser dünnen Blechplatten mit einer Stärke von einem Zehntel Millimeter wird das Blech durch Umform- und Schneidprozesse bearbeitet. An- schließend werden jeweils zwei Platten zusammengeschweißt, beschichtet und mit einer Dich- tung versehen. Für die Oberflä- chenstruktur der Bipolarplatte sind hohe Umformgrade bei Kanaltiefen von bis zu 0,8 Mil- limetern mit möglichst kleinen Radien erforderlich. Je nach Plat- tengeometrie können bei der Herstellung mit konventionellen Umformverfahren Risse im Blech auftreten. Warmumformung von Bipolarplatten ebnet den Weg zur Großserienfertigung und soll Herstellungskosten senken Durch eine lokale Erwärmung wollen die Ingenieurinnen und Ingenieure am Fraunhofer IPT die Umformbarkeit des Blech- materials Titan und Edelstahl (1.4404, 1.4301) verbessern und so die Risse und Ausdünnungen verhindern. Auch die Anzahl der benötigten Bearbeitungsschritte sollen reduziert und der Werk- zeugverschleiß verringert wer- den. Titan beispielsweise ist ein Leichtmetall, das das Gewicht der Brennstoffzelle weiter verringern kann, allerdings ist es sprödhart und lässt sich bei Raumtempe- ratur nur schwer umformen. Die Warmumformung verspricht eine neue Einsatzmöglichkeit von Ti- tan als Blechmaterial für Bipolar- platten. Damit die dünnen Blechplatten während der Bearbeitung nicht reißen, untersuchen die Aachener Ingenieure, wie der Umformpro- zess und das Erwärmungssystem auszulegen ist. Erste Zwischen- ergebnisse zur Prozessausle- gung lieferte die Simulation der untersuchten Umformverfahren Rubberforming, Stamping und Hydroforming. Das neue Konzept zur Großserienherstellung, das das Fraunhofer IPT gemeinsam mit seinen Partnern erarbeitet, umfasst die gesamte Prozessket- te von der Warmumformung über das Schweißen und Beschichten bis zur Montage. Neue Konzepte für den Serien- einsatz von Brennstoffzellen in Fahrzeugen und Fluggeräten Zusätzlich zur Kostensenkung von Brennstoffzellen sieht das Projekt »FlyGO« zwei weitere Entwicklungen vor: Zum einen entwickeln die Projektpartner ein Konzept zur Integration eines Wasserstoff-Range-Extenders in ein batteriebetriebenes Elektro- serienfahrzeug. Als Beispiel dient ihnen dazu ein Fahrzeug des Aa- chener Herstellers e.GO Mobile AG, das durch die Integration des Brennstoffzellensystems eine höhere Reichweite erhält. Zum anderen arbeiten die Partner an einer gasgekühlten Wasserstoff- Brennstoffzelle in Kombination mit einem Methanol-Elektroly- seur, die gegenüber herkömmli- chen Brennstoffzellensystemen mehr Leistung pro Masse aufwei- sen kann. Dies soll den Einsatz der Brennstoffzelle in Kurzstre- ckenflugzeugen und Drohnen ermöglichen. Fraunhofer IPT stellt auf der »Blechexpo« Fertigung von Bipolarplatten vor Wie Brennstoffzellen wirtschaft- lich und in Serie gefertigt werden können, zeigt das Fraunhofer IPT vom 5. bis 8. November 2019 auf der »Blechexpo«, der internati- onalen Fachmesse für Blechbe- arbeitung in Stuttgart. In Halle 3 am Stand 3214 erhalten Besucher einen Ausblick auf die zukünftige Großserienproduktion von Bipo- larplatten. Die Aachener Forscher zeigen dort neben der System- technik zur Bearbeitung hochfes- ter und spröder Werkstoffe mit Hilfe von Erwärmungstechnologi- en wie dem Laser, der Induktion und Konduktion auch Beispiele von Bauteilen, die durch eine solche Warmumformung gefertigt wurden. Partner im Projekt »FlyGO« • e.GO Mobile AG, Aachen • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen • KCS Europe GmbH, Monschau • PSL Technik GmbH, Oberhausen • Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT GmbH, Duisburg • Air s.Pace GmbH (assoziiert), Aachen Das Projekt »FlyGO – Brennstoff- zellenunterstützte Mobilität für umweltfreundliche Fahrzeuge und Fluggeräte« wird durch Mittel des Europäischen Fonds für regi- onale Entwicklung (EFRE) 2014- 2020 gefördert (Förderkennzei- chen: EFRE-0801224).  Text & Bild: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Steinbachstraße 17 D-52074 Aachen Kostengünstigere Brennstoffzellen für Automobil und Flugzeug in Großserie Geformtes Blechwerkstück: In ersten Tests formten die Aachener Inge- nieure die erforderliche Oberflächenstruktur einer Bipolarplatte. Testversuche zur Kanalgeometrie: Gebogenes Test-Bauteil aus Titan mit einer Blechstärke von 0,1 Millimeter.