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. Dazu konzentrieren sich die IWU-Forscher zunächst auf das Herzstück dieser Motoren und erforschen Verfahren zur Herstellung von Bipolarplatten aus dünnen Metallfolien. Auf der Hannover Messe präsentiert das Fraunhofer IWU diese und weitere vielversprechende Forschungsaktivitäten zu Brennstoffzellenmotoren gemeinsam mit Silberhummel Racing.
Brennstoffzellen sind eine ideale Ergänzung zu Batterien und erhöhen die Reichweite von Elektromotoren. Die Herstellung von Brennstoffzellen ist jedoch noch kostspielig, sodass es auf dem deutschen Markt noch wenige Modelle mit dieser Antriebstechnologie gibt. Forscher des Fraunhofer IWU arbeiten nun an einer kostengünstigeren Lösung: „Wir betrachten alle Komponenten eines Brennstoffzellenmotors in einem ganzheitlichen Ansatz. Der erste Schritt besteht in der Bereitstellung von Wasserstoff, der die Materialauswahl beeinflusst. Er ist direkt an der Stromerzeugung in der Brennstoffzelle beteiligt und erstreckt sich über die Brennstoffzelle selbst bis hin zur Temperierung des gesamten Fahrzeugs“, erklärt Sören Scheffler, Projektleiter am Chemnitzer Fraunhofer IWU.
Im ersten Schritt konzentrierten sich die Forscher auf das Herzstück eines jeden Brennstoffzellenmotors: den „Brennstoffzellenstapel“. In ihm wird in vielen übereinander gestapelten Batterien, bestehend aus Bipolarplatten und Elektrolytmembranen, Energie erzeugt.
Scheffler sagte: „Wir untersuchen, wie sich herkömmliche Graphit-Bipolarplatten durch dünne Metallfolien ersetzen lassen. Dadurch können Stacks schnell und kostengünstig in Massenproduktion hergestellt und die Produktivität deutlich gesteigert werden.“ Auch die Qualitätssicherung ist den Forschern ein wichtiges Anliegen. Sie prüfen jedes Bauteil im Stack direkt während des Herstellungsprozesses. So soll sichergestellt werden, dass nur vollständig geprüfte Teile in den Stack gelangen.
Gleichzeitig möchte das Fraunhofer IWU die Anpassungsfähigkeit des Schornsteins an Umgebung und Fahrbedingungen verbessern. Scheffler erläutert: „Unsere Hypothese ist, dass mithilfe von KI durch die dynamische Anpassung von Umgebungsvariablen Wasserstoff eingespart werden kann. Je nachdem, ob der Motor bei hohen oder niedrigen Temperaturen, im Flachland oder bei hohen Temperaturen betrieben wird, gibt es Unterschiede. Derzeit arbeitet der Schornstein in einem vorgegebenen, festen Betriebsbereich, der eine solche umgebungsabhängige Optimierung nicht zulässt.“
Experten des Fraunhofer-Labors präsentieren ihre Forschungsmethoden auf der Silberhummel-Ausstellung auf der Hannover Messe vom 20. bis 24. April 2020. Die Silberhummel basiert auf einem Rennwagen der Auto Union aus den 1940er Jahren. Die Entwickler des Fraunhofer IWU haben das Fahrzeug nun mithilfe neuer Fertigungsverfahren nachgebaut und moderne Technologiedemonstratoren geschaffen. Ihr Ziel ist es, die Silberhummel mit einem Elektromotor auszustatten, der auf fortschrittlicher Brennstoffzellentechnologie basiert. Diese Technologie wurde auf der Hannover Messe digital projiziert.
Auch die Karosserie der Silberhummel selbst ist ein Beispiel für die innovativen Fertigungslösungen und weiterentwickelten Formgebungsverfahren des Fraunhofer IWU. Der Fokus liegt dabei jedoch auf der kostengünstigen Fertigung in kleinen Stückzahlen. Die Karosserieteile der Silberhummel werden nicht auf großen Stanzmaschinen geformt, die aufwendige Bearbeitungen von Stahlgusswerkzeugen erfordern. Stattdessen kommt eine leicht zu verarbeitende Negativform aus Holz zum Einsatz. Eine dafür entwickelte Werkzeugmaschine presst das Karosserieteil mithilfe eines speziellen Dorns Stück für Stück auf die Holzform. Experten nennen dieses Verfahren „inkrementelles Formen“. „Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren können so die benötigten Teile schneller produziert werden, egal ob es sich um Kotflügel, Motorhauben oder Seitenwände einer Straßenbahn handelt. Beispielsweise kann die Herstellung von Karosserieteilen mit konventionellen Werkzeugen mehrere Monate dauern. Von der Herstellung der Holzform bis zur Prüfung des fertigen Teils benötigen wir weniger als eine Woche“, so Scheffler.
Veröffentlichungszeit: 24. September 2020