Am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen- und Formtechnik IWU entwickeln Forscher fortschrittliche Technologien für die Herstellung von Brennstoffzellenmotoren, um eine schnelle und kostengünstige Massenproduktion zu ermöglichen. Zu diesem Zweck konzentrierten sich die IWU-Forscher zunächst direkt auf das Herzstück dieser Motoren und untersuchen Verfahren zur Herstellung von Bipolarplatten aus dünnen Metallfolien. Auf der Hannover Messe präsentiert das Fraunhofer IWU diese und weitere vielversprechende Forschungsaktivitäten im Bereich Brennstoffzellenmotoren gemeinsam mit Silberhummel Racing.
Brennstoffzellen sind eine ideale Ergänzung zu Batterien und somit eine optimale Lösung für den Antrieb von Elektromotoren. Die Herstellung von Brennstoffzellen ist jedoch nach wie vor kostspielig, weshalb diese Antriebstechnologie auf dem deutschen Markt noch selten anzutreffen ist. Forscher des Fraunhofer IWU arbeiten nun an einer kostengünstigeren Lösung: „Wir verfolgen einen ganzheitlichen Ansatz und untersuchen alle Komponenten eines Brennstoffzellenmotors. Zunächst muss Wasserstoff bereitgestellt werden, was die Materialwahl beeinflusst. Er ist direkt an der Stromerzeugung der Brennstoffzelle beteiligt und wirkt sich auf die Brennstoffzelle selbst sowie die Temperaturregelung des gesamten Fahrzeugs aus“, erklärt Sören Scheffler, Projektleiter des Fraunhofer IWU Chemnitz.
Im ersten Schritt konzentrierten sich die Forscher auf das Herzstück eines jeden Brennstoffzellenmotors: den „Brennstoffzellenstapel“. Hier wird die Energie in vielen gestapelten Batterien erzeugt, die aus Bipolarplatten und Elektrolytmembranen bestehen.
Scheffler erklärte: „Wir untersuchen, wie sich herkömmliche Graphit-Bipolarplatten durch dünne Metallfolien ersetzen lassen. Dadurch können Stacks schnell und wirtschaftlich in Serie gefertigt und die Produktivität deutlich gesteigert werden.“ Die Forscher legen zudem großen Wert auf Qualitätssicherung. Jede Komponente des Stacks wird direkt während des Fertigungsprozesses geprüft. So wird sichergestellt, dass nur vollständig geprüfte Teile in den Stack gelangen.
Gleichzeitig arbeitet das Fraunhofer IWU daran, die Anpassungsfähigkeit des Schornsteins an Umgebungs- und Fahrbedingungen zu verbessern. Scheffler erklärte: „Unsere Hypothese ist, dass sich mithilfe von KI durch dynamische Anpassung von Umgebungsvariablen Wasserstoff einsparen lässt. Ob der Motor bei hohen oder niedrigen Temperaturen, im Flachland oder in einer heißen Umgebung betrieben wird, macht einen Unterschied. Aktuell arbeitet der Schornstein innerhalb eines vordefinierten, festen Betriebsbereichs, der eine solche umgebungsabhängige Optimierung nicht zulässt.“
Experten des Fraunhofer-Instituts für Ingenieurwesen und Technologie (IWU) präsentieren ihre Forschungsmethoden auf der Silberhummel-Ausstellung in der Hannover Messe vom 20. bis 24. April 2020. Der Silberhummel basiert auf einem Rennwagen, der in den 1940er-Jahren von Auto Union entwickelt wurde. Die Entwickler des Fraunhofer IWU haben das Fahrzeug mithilfe neuer Fertigungsmethoden rekonstruiert und moderne Technologiedemonstratoren geschaffen. Ihr Ziel ist es, den Silberhummel mit einem Elektromotor auf Basis fortschrittlicher Brennstoffzellentechnologie auszustatten. Diese Technologie wurde auf der Hannover Messe digital präsentiert.
Die Karosserie der Silberhummel ist ein Beispiel für innovative Fertigungslösungen und Formgebungsverfahren, die vom Fraunhofer IWU weiterentwickelt wurden. Im Fokus steht dabei die kostengünstige Fertigung in kleinen Serien. Die Karosserieteile der Silberhummel werden nicht mit großen Stanzmaschinen geformt, die komplexe Bearbeitungsvorgänge mit Stahlgusswerkzeugen erfordern. Stattdessen kommt eine leicht zu bearbeitende Holzform zum Einsatz. Eine eigens dafür entwickelte Werkzeugmaschine presst das Karosserieteil mithilfe eines speziellen Dorns Stück für Stück auf die Holzform. Experten bezeichnen dieses Verfahren als „inkrementelles Formen“. „Im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren können wir so die benötigten Teile – ob Kotflügel, Motorhaube oder Straßenbahnseite – schneller herstellen. Die konventionelle Werkzeugherstellung für die Karosserieteile kann beispielsweise mehrere Monate dauern. Von der Fertigung der Holzform bis zur Prüfung des fertigen Teils benötigen wir weniger als eine Woche“, so Scheffler.
Veröffentlichungsdatum: 24.09.2020