Frauenhofer-Institut forscht an Brennstoffzelle

Am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU entsteht moderne Fertigungstechnologie für Brennstoffzellen-Antriebe. Ziel ist die schnelle und günstige Produktion in Großserie.

Große Reichweite

Dafür konzentrieren sich die IWU-Forscherinnen und -Forscher in einem ersten Schritt direkt aufs Herz dieser Antriebe und arbeiten an Möglichkeiten, Bipolarplatten aus dünnen Metallfolien herzustellen. Auf der Hannover Messe präsentiert das Fraunhofer IWU diese und weitere zukunftsträchtige Forschungsaktivitäten zu Brennstoffzellen-Antrieben mit dem Rennwagen Silberhummel®. Um große Reichweiten zu erzielen, sind Brennstoffzellen bei der Bereitstellung von Energie in elektrischen Antrieben eine optimale Ergänzung zu Batterien. Brennstoffzellen herzustellen, ist aber nach wie vor kostenintensiv, sodass immer noch relativ wenige Fahrzeugmodelle in Deutschland mit dieser Antriebstechnologie auf dem Markt verfügbar sind. Die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IWU arbeiten nun an einer kostengünstigeren Lösung.

In einem ersten Schritt konzentrieren sich die Forscherinnen und Forscher auf das Herz eines Brennstoffzellen-Antriebs: den »Stack«. In diesem Bauteil entsteht Strom in vielen übereinander gestapelten Zellen, die aus Bipolarplatten und Elektrolytmembranen bestehen. „Wir erforschen, wie wir die konventionellen Grafit-Bipolarplatten durch dünne Metallfolien ersetzen können. Das ermöglicht, Stacks schnell und günstig in Großserie herzustellen. Die Produktivität wird so deutlich erhöht“, so Dipl.-Ing. Sören Scheffler, Projektleiter am Fraunhofer IWU in Chemnitz. Im Fokus steht dabei zudem das Thema Qualitätssicherung. Jede Komponente für Stacks wird direkt bei der Herstellung kontrolliert. So soll sichergestellt werden, dass ausschließlich zu 100 Prozent geprüfte Teile ihren Weg in Stacks finden.

Anpassungsfähigkeit

Parallel dazu verfolgt das Fraunhofer IWU das Ziel, die Anpassungsfähigkeit des Stacks an die Umgebung und die Fahrsituation zu verbessern. Scheffler:“Unsere Annahme lautet: Um Wasserstoff zu sparen, kann eine dynamische Einstellung auf die Umgebungsvariablen – auch mit KI-Unterstützung – helfen. Es macht einen Unterschied, ob ein Antrieb bei hoher oder niedriger Außentemperatur genutzt wird oder ob er im Flachland oder im Gebirge eingesetzt wird. Bisher arbeiten Stacks in einem vorab festgelegten, starren Betriebsbereich, der diese umgebungsabhängige Optimierung nicht zulässt.“

Fahrzeug

Die Karosserie der Silberhummel^® selbst ist auch ein Beispiel für innovative Fertigungslösungen und Umformverfahren, die am Fraunhofer IWU entwickelt werden. Allerdings steht hierbei die wirtschaftliche Herstellung kleiner Stückzahlen im Vordergrund. Das Karosserieblech der Silberhummel^® wurde nicht mit großen Pressen in Form gebracht, die aufwändig mit Werkzeugen aus Stahlguss betrieben werden. Stattdessen kamen Negativformen aus schnell zu bearbeitendem Holz zum Einsatz. Mit einem speziellen Dorn drückte eine dafür konstruierte Werkzeugmaschine das Karosserieblech Stück für Stück auf die Holzform. Das Verfahren heißt in der Fachsprache »inkrementelles Umformen«. »Auf diese Weise entstehen gewünschte Bauteile viel schneller als mit dem konventionellen Verfahren – egal ob Kotflügel, Motorhauben oder sogar Seitenteile von Straßenbahnen. Die herkömmliche Herstellung der Werkzeuge, mit denen zum Beispiel Karosserieteile geformt werden, kann mehrere Monate in Anspruch nehmen. In unseren Versuchen haben wir gerade mal eine knappe Woche benötigt – von der Herstellung der Holzform bis zum fertigen Blech«, erklärt Scheffler.