Am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU entwickeln Forscher fortschrittliche Technologien zur Herstellung von Brennstoffzellenmotoren, um deren schnelle und kostengünstige Serienproduktion zu ermöglichen. Dazu konzentrieren sich die IWU-Forscher zunächst auf das Herzstück dieser Motoren und arbeiten an der Herstellung von Bipolarplatten aus dünnen Metallfolien. Auf der Hannover Messe präsentiert das Fraunhofer IWU diese und weitere vielversprechende Forschungsaktivitäten zu Brennstoffzellenmotoren anhand des Rennwagens „Silberhummel“.
Brennstoffzellen sind eine ideale Ergänzung zur Batterie zur Energiebereitstellung in Elektromotoren und erhöhen so die Reichweite. Da die Herstellung von Brennstoffzellen jedoch noch kostenintensiv ist, gibt es auf dem deutschen Markt bislang nur relativ wenige Fahrzeugmodelle mit dieser Antriebstechnologie. Die Forscherinnen und 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 Bereitstellung des Wasserstoffs, betrifft die Auswahl der Materialien, die in Brennstoffzellen direkt an der Stromerzeugung beteiligt sind, und reicht bis zur Thermoregulation in der Zelle selbst und im gesamten Fahrzeug«, erklärt Sören Scheffler, Projektleiter am Fraunhofer IWU in Chemnitz.
Im ersten Schritt konzentrieren sich die Forscher auf das Herzstück eines jeden Brennstoffzellenmotors: den „Stack“. Hier wird in mehreren übereinander gestapelten Zellen aus Bipolarplatten und Elektrolytmembranen Energie erzeugt.
„Wir erforschen, wie wir herkömmliche Graphit-Bipolarplatten durch dünne Metallfolien ersetzen können. Dies würde eine schnelle und kostengünstige Herstellung von Stacks in großem Maßstab ermöglichen und die Produktivität deutlich steigern“, sagt Scheffler. Auch die Qualitätssicherung steht im Fokus der Forscher. Jedes Bauteil der Stacks wird direkt im Herstellungsprozess geprüft. So soll sichergestellt werden, dass nur vollständig geprüfte Teile in einen Stack gelangen.
Parallel dazu will das Fraunhofer IWU die Anpassungsfähigkeit von Stacks an die Umgebung und die Fahrsituation verbessern. Scheffler erklärt: „Unsere Hypothese ist, dass eine dynamische Anpassung an Umgebungsvariablen – auch mithilfe von KI – zur Wasserstoffeinsparung beitragen kann. Dabei macht es einen Unterschied, ob ein Motor bei hohen oder niedrigen Außentemperaturen, in der Ebene oder im Gebirge eingesetzt wird. Derzeit arbeiten Stacks in einem vordefinierten, festen Betriebsbereich, der eine solche umgebungsabhängige Optimierung nicht zulässt.“
Ihren Forschungsansatz demonstrieren die Fraunhofer-Experten vom 20. bis 24. April 2020 auf der Hannover Messe mit dem Exponat „Silberhummel“. Die Silberhummel basiert auf einem Rennwagen, der in den 1940er Jahren von der Auto Union AG konstruiert wurde. Die Entwickler des Fraunhofer IWU haben dieses Fahrzeug nun mithilfe neuer Fertigungsverfahren nachgebaut und einen modernen Technologiedemonstrator geschaffen. Ihr Ziel ist es, die Silberhummel mit einem Elektromotor auszustatten, der auf fortschrittlicher Brennstoffzellentechnologie basiert. Diese Technologie wird bereits auf der Hannover Messe digital in das Fahrzeug projiziert.
Auch die Karosserie der Silberhummel selbst ist ein Beispiel für die innovativen Fertigungslösungen und Umformverfahren, die am Fraunhofer IWU weiterentwickelt werden. Dabei steht die wirtschaftliche Herstellung kleiner Losgrößen im Vordergrund. Das Karosserieblech der Silberhummel wurde nicht aufwendig mit großen Pressen und Werkzeugen aus Stahlguss geformt. Stattdessen kamen Negativformen aus gut zerspanbarem Holz zum Einsatz. Eine eigens dafür konstruierte Werkzeugmaschine presste das Karosserieblech mithilfe eines speziellen Dorns Stück für Stück auf die Holzform. Fachleute nennen dieses Verfahren „inkrementelles Umformen“. „Dadurch entstehen die gewünschten Bauteile deutlich schneller als mit der konventionellen Methode – seien es Kotflügel, Motorhauben oder auch Seitenteile von Straßenbahnen. Die konventionelle Herstellung der Werkzeuge, mit denen beispielsweise Karosserieteile geformt werden, kann mehrere Monate dauern. Für unsere Versuche benötigten wir knapp eine Woche – von der Herstellung der Holzform bis zum fertigen Blech“, so Scheffler.
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Beitragszeit: 05. Mai 2020