19 Fraunhofer-Institute arbeiten gemeinsam an einer günstigeren Serienfertigung von Bipolarplatten. Fraunhofer IPT nimmt sich dabei der Formgebung von Bipolarhalbschalen an.
Ein Folgeverbundwerkzeug für die diskrete Herstellung von metallischen Bipolarplatten: Fraunhofer IPT will es um verschiedene Funktionen erweitern.
Fraunhofer IPT
Im Forschungsprojekt H2GO will das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT zwei verschiedene Prozesse zur Formgebung für Bipolarhalbschalen weiterentwickeln: zum einen die diskrete Umformung, bei der ein Aktivteil im Folgeverbundwerkzeug ein Brennstoffzellen-Design auf ein metallisches Blech prägt; zum anderen die Rolle-zu-Rolle-Umformung, bei der das Design der Brennstoffzelle über eine Prägewalze auf eine metallische Folie aufgebracht wird.
Im Folgeverbundwerkzeug wird, zusätzlich zu den vorhandenen Stanz- und Umformeinheiten, ein Erwärmungsmodul integriert, das das Blechmaterial leichter umformbar macht. Damit auch bei hohen Stückzahlen die engen Toleranzforderungen an Bipolarplatten erreicht werden, entwickelt das Team eine Inline-Qualitätsprüfung zur Integration in das Folgeverbundwerkzeug. Auf diese Weise sollen sich Produktionsdefekte frühzeitig erkennen und Ausschussraten deutlich senken lassen. Auch die Erkennung von Störgrößen, etwa durch Werkzeugverschleiß, gehört zu den Forschungsschwerpunkten.
Verbesserungen für die Rolle-zu-Rolle-Maschine
Für die Rolle-zu-Rolle-Maschine evaluiert Fraunhofer IPT die Geometrietreue und Strukturgenauigkeit von Bipolarplattenhälften mit verschiedenen Prozessparametern. Dafür werden zusätzliche Sensoren in der Maschine an den Prägewalzen eingebunden. Diese geben Auskunft über Verformungen an den Prägewalzen. In Simulationen werden die Messwerte verglichen und validiert, um so die Auslegung des Maschinensystems zu verbessern und zu vereinfachen. Mit zusätzlicher Messtechnik wird der Walzspalt zwischen den beiden Prägewalzen präzise geregelt und so die Genauigkeit der entstehenden Bipolarplatten optimiert.
Bei beiden Fertigungsverfahren durchläuft eine Bipolarplattenhälfte zahlreiche Einzelprozesse. Neben der eigentlichen Formgebung gehören dazu die Reinigung, der Dichtungsauftrag oder die Laserbearbeitung. Um den Weg durch die Prozesskette nachvollziehen zu können, erhält jedes Werkstück im ersten Prozessschritt einen Data-Matrix-Code, der in Folgeprozessen ausgelesen und erfasst wird. Anhand der Daten sollen sich Produktionseffizienz und Produktqualität steigern lassen.
