Am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU entwickeln Forscher fortschrittliche Technologien zur Herstellung von Brennstoffzellenmotoren, um deren schnelle und kostengünstige Serienproduktion zu ermöglichen. Zu diesem Zweck konzentrieren sich die IWU-Forscher zunächst direkt auf das Herzstück dieser Motoren und arbeiten an Verfahren zur Herstellung von Bipolarplatten aus dünnen Metallfolien. Auf der Hannover Messe präsentiert das Fraunhofer IWU diese und weitere vielversprechende Forschungsaktivitäten im Bereich Brennstoffzellenmotoren anhand des Rennwagens Silberhummel.
Brennstoffzellen sind eine ideale Ergänzung zu Batterien und somit eine optimale Lösung zur Energieversorgung von Elektromotoren, um die Reichweite zu erhöhen. Die Herstellung von Brennstoffzellen ist jedoch nach wie vor kostenintensiv, weshalb es auf dem deutschen Markt noch relativ wenige Fahrzeugmodelle mit dieser Antriebstechnologie gibt. Die Forscher des Fraunhofer IWU arbeiten nun an einer kostengünstigeren Lösung: „Wir verfolgen einen ganzheitlichen Ansatz und betrachten alle Komponenten eines Brennstoffzellenmotors. Das beginnt bei der Wasserstoffversorgung, beeinflusst die Wahl der Materialien, die direkt an der Stromerzeugung in den Brennstoffzellen beteiligt sind, und erstreckt sich bis zur Thermoregulierung in der Zelle selbst und im gesamten Fahrzeug“, erklärt Sören Scheffler, Projektleiter am Fraunhofer IWU in Chemnitz.
Als ersten Schritt konzentrieren sich die Forscher auf das Herzstück eines jeden Brennstoffzellenmotors: den „Stack“. Hier wird die Energie in einer Reihe gestapelter Zellen erzeugt, die aus Bipolarplatten und Elektrolytmembranen bestehen.
„Wir erforschen, wie wir herkömmliche Graphit-Bipolarplatten durch dünne Metallfolien ersetzen können. Dadurch ließen sich die Plattenstapel schnell und wirtschaftlich in großem Maßstab fertigen, was die Produktivität deutlich steigern würde“, erklärt Scheffler. Die Forscher legen zudem großen Wert auf die Qualitätssicherung. Jede Komponente der Plattenstapel wird direkt im Fertigungsprozess geprüft. So soll sichergestellt werden, dass nur vollständig geprüfte Teile in einen Plattenstapel gelangen.
Parallel dazu arbeitet das Fraunhofer IWU daran, die Anpassungsfähigkeit von Wasserstoffspeichern an die Umgebung und die jeweilige Fahrsituation zu verbessern. Scheffler erklärt: „Unsere Hypothese ist, dass die dynamische Anpassung an Umweltvariablen – auch mithilfe von KI – zur Wasserstoffeinsparung beitragen kann. Es macht einen Unterschied, ob ein Motor bei hohen oder niedrigen Außentemperaturen oder im Flachland oder in den Bergen eingesetzt wird. Aktuell arbeiten Wasserstoffspeicher in einem vordefinierten, festen Betriebsbereich, der diese Art der umweltabhängigen Optimierung nicht zulässt.“
Die Fraunhofer-Experten präsentieren ihren Forschungsansatz mit dem Silberhummel-Exponat auf der Hannover Messe vom 20. bis 24. April 2020. Der Silberhummel basiert auf einem Rennwagen, der in den 1940er-Jahren von der Auto Union AG entwickelt wurde. Die Entwickler des Fraunhofer IWU haben dieses Fahrzeug mithilfe neuer Fertigungsmethoden rekonstruiert und einen modernen Technologiedemonstrator geschaffen. Ihr Ziel ist es, den Silberhummel mit einem Elektromotor auf Basis fortschrittlicher Brennstoffzellentechnologie auszustatten. Diese Technologie wird bereits auf der Hannover Messe digital in das Fahrzeug projiziert.
Die Karosserie des Silberhummel ist ein Beispiel für die innovativen Fertigungslösungen und Umformprozesse, die am Fraunhofer IWU weiterentwickelt werden. Im Fokus steht hier die kostengünstige Fertigung kleiner Losgrößen. Das Karosserieteil des Silberhummel wurde nicht mit großen Pressen und komplexen Gusswerkzeugen geformt. Stattdessen kamen Negativformen aus leicht bearbeitbarem Holz zum Einsatz. Eine eigens dafür entwickelte Werkzeugmaschine presste das Karosserieteil mithilfe eines speziellen Dorns Stück für Stück auf die Holzform. Experten bezeichnen dieses Verfahren als „inkrementelles Umformen“. „Damit lassen sich die gewünschten Bauteile – ob Kotflügel, Motorhauben oder auch Seitenteile von Straßenbahnen – deutlich schneller herstellen als mit herkömmlichen Methoden. Die konventionelle Fertigung der Werkzeuge zur Karosserieformung kann beispielsweise mehrere Monate dauern. Für unsere Versuche benötigten wir knapp eine Woche – von der Herstellung der Holzform bis zum fertigen Karosserieteil“, so Scheffler.
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Veröffentlichungsdatum: 05. Mai 2020