Image
Die Chancen der Wasserstoff-Technologie für Formenbauer, Zerspaner und Umformtechniker hatte Dr. Hermann Uchtmann von der Schuler Group in Göppingen während des 20 Werkzeugbau-Kolloquiums in Aachen erklärt.
Foto: Harald Klieber
Die Chancen der Wasserstoff-Technologie für Formenbauer, Zerspaner und Umformtechniker hatte Dr. Hermann Uchtmann von der Schuler Group in Göppingen während des 20 Werkzeugbau-Kolloquiums in Aachen erklärt.

Umformtechnik

Chance Wasserstoff-Technologie

Schafft Wasserstoff den Durchbruch? Die H2-Nachfrage soll bis 2030 fast um Faktor 16 steigen. Schuler bietet dafür bereits schlüsselfertige Systeme an.

Großes Zukunftspotenzial: Es ist tatsächlich eine große, sehr konkrete Chance vor allem für Umformtechniker, ihr Portfolio jetzt mit Anlagen zur Erzeugung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren (Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff) schon jetzt deutlich zu erweitern, betonte Dr. Hermann Uchtmann, Head of Battery Mass Production Solutions in der Division Battery bei der Schuler Group in Göppingen, während des 20 Werkzeugbau-Kolloquiums in Aachen Ende Oktober. Demnach bietet die Schuler Group bereits heute komplett funktionsfähige Anlagen zur Herstellung von Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren an.

Schlüsselfertiges Pressensystem für Bipolarplatten

Denn gerade der Brennstoffzelle prognostiziert Schuler auf Basis einer Studie von McKinsey (2021) eine lukrative Zukunft: Die Marktgröße soll von momentan 1,1 Mrd. US-Dollar bis 2026 auf 3 Mrd. wachsen und dann bis 2030 auf 13,3 Mrd. um jährlich 45% zulegen. Größte und lukrativste Märkte seien China und Europa. Weiteres Indiz für das Wachstum sei die Entwicklung der Elektrolyseurprojekte, deren installierte Kapazität bis 2030 weltweit auf rund 93 GW steigen soll, momentan sind rund 6 GW global installiert.

Pro Stack sind 300 bis 400 Bipolarplatten nötig

Zukünftig sind nach Angaben von Hermann Uchtmann effiziente Speichertechnologien nötig, da bis 2050 vor allem in Sommermonaten mit einer Stromüberproduktion in Deutschland gerechnet wird. Wasserstoff sei ein geeignetes Speichermedium für grünen regenerativ erzeugten Strom. Dezentrale Containerlösungen zur Wasserstoffherstellung oder Notstromversorgungen seien bereits verfügbar. Für die Herstellung der Bipolarplatten, von denen 300 bis 400 Stück pro Stack benötigt werden, empfiehlt Hermann Uchtmann nicht die graphitische, sondern die metallische Variante, die zwar heute noch eine begrenzte Lebensdauer von 10.000 h hätte, aber vor allem wegen der geringeren Materialdicke, des Gewichts und deutlich niedrigeren Produktionskosten mittels Umformen und Schneiden gegenüber der spritzgegossenen oder pulvergepressten grafitischen Bipolarplatte (20.000 h LD) punktet.

Drei Fertigungsverfahren stehen derzeit zur Wahl

Drei umformende Fertigungsverfahren für Bipolarplatten stehen momentan in der engeren Wahl: Flachprägen und Tiefziehen für hohe Oberflächengenauigkeiten, kurze Zykluszeiten, aber mit hohen Werkzeugkosten für die metallischen Stempel und Matrizen; Hydroforming für reduzierte Reibung, große Umformgrade, kleine Toleranzen, aber mit großen Zykluszeiten und einem nachträglichen Reinigungs- und Trockungsprozess; drittes Umformverfahren ist das Rotationsprägen mit extrem hoher Produktivität, Fließ- statt Taktfertigung, aber wenig erforschten Standzeiten der Schneid- und Prägewalzen, da nur wenige Projekte bis dato am Fraunhofer IWU und IPT durchgeführt wurden. Schuler bietet derzeit drei Bipolar Plate Production Lines (BPL) an, berichtet Hermann Uchtmann.

Pro Minute bis zu 60 vorgefügte Platten fertigen

Für die zu erwartende Großserienfertigung von Bipolarplatten wird derzeit wird derzeit die BPL 50 favorisiert, die Schuler für die Großfertigung von bis zu 20 Mio. Bipolarplatten und damit bis zu 50.000 Brennstoffzellen pro Jahr ausgelegt hat. Pro Minute können bis zu 60 vorgefügte Bipolarplatten mit servomechanisch oder konventionell angetriebenen Kniehebelpressen mit zweiseitiger Materialzuführung bei bis zu 2.500 t Presskraft gefertigt werden. Schuler empfiehlt die BPL 25 für bis zu 10 Mio. BPP und 25.000 Brennstoffzellen mit einseitiger Zuführung und bis zu 2.000 t Presskraft. Nur geeignet für kleine bis mittelgroße Serien sei demnach die BPL-Flex-Variante mit hydraulischer Presse und hoher Flexibilität für bis zu 25 BPP-Hälften pro Minute. „Die BPL-Flex empfehlen wir wegen der großen möglichen Presskraft von über 20.000 t vor allem für großformatige Bipolarplatten, wie sie vor allem bei Elektrolyseuren verbaut werden“, erklärt Hermann Uchtmann.

Patentierte Pressenlösung mit Triton-Baureihe

Highlight sei natürlich die große und zweckmäßig automatisierte BPL 50, die gleichzeitig von einer linken und rechten Haspel mit dem Material für Anode und Kathode beschickt wird, die dann abgetrennt, vorgeschnitten, geprägt und fertiggeschnitten werden, bevor die BPP-Hälften vorgefügt und anschließend seitlich ausgeschleust werden. Als Pressenlösungen bietet Schuler eine servomechanische oder eine konventionell angetriebene Kniehebelpresse der Triton-Baureihe an, deren Presskräfte bei einer Tischgröße von 4x1,2 m zwischen 630 bis 2.500 t liegen. Hoch, so Hermann Uchtmann, seien aber auch die Anforderungen an Material und Maschinen: „Es gilt, Edelstahl 1.4404 mit einer Materialdicke von 70 bis 100 µm tiefzuziehen bei Kanalabständen von 1,2 mm, möglichst steilen Winkeln der Kanalwände und möglichst hoher Ebenheit. Daher empfehlen wir in der Regel tatsächlich die mehrstufige Umformung.“

Zweistufiger Prozess verhindert Materialausdünnung

Vorteilhaft sei der zweistufige Umformprozess mit Vorzug und Fertigzug, bei dem die Vorverteilung des Materials optimal ist und eben nicht wie beim einstufigen Prozess bis zu 40%ige Materialausdünnung an Ziehradien zu erwarten ist. Demnach sei der einstufige Prozess tatsächlich für viele Kundenanforderungen ungeeignet. „Wir empfehlen den ganz klar den zweistufigen Prozess, den wir in einer kompletten Turnkey-Anlage mit nachgeschalteter Reinigungs- und Laserschweißstation, Dichtheitsprüfung und Beschichtungsanlagen mit unseren Kooperationspartnern Thyssenkrupp Automation Engineering und Andritz Soutec schlüsselfertig anbieten.“ Mehr zur Wasserstoff-Technologie von Schuler finden Sie auf der Website hier.

Image
Bei den Tech Days in Netphen zeigte Schuler das Prägen von Bipolarplatten.

Pressen

Ein wahrer Riese für feine Strukturen

Auf ihren Tech Days präsentierte die Schuler Group eine Kniehebelpresse zum Prägen von Bipolarplatten. Digitalprodukte zur Überwachung des Prozesses ergänzten das Angebot der Hausmesse.

    • Pressen, Umformtechnik
Image
Die Grafik zeigt das Verfahrensprinzip des passiven Hydroformings: Im ersten Bild links ist die Ausgangsposition mit eingelegtem Blech zu sehen, im mittleren Bild schließt sich das Werkzeug, während der Umformdruck aufgebaut wird (Mitte). Rechts ist das Werkzeug komplett geschlossen.

Hydroformen

So werden alte Pressen fit für die Innenhochdruck-Umformung

Mit dem passiven Hydroforming können bestehende Pressen für die Produktion von Bipolarplatten umgerüstet werden – mit vergleichsweise geringen Investitionen.

    • Hydroformen, Umformtechnik
Image
Die neue Laserschweißanlage von Weil Technology eignet sich besonders für das Schweißen von Bipolarplatten.

Laserschweißen

Bipolarplatten optimal fertigen

Weil Technology entwickelt Laserschweißanlage für Bipolarplatten mit einer Schweißgeschwindigkeit von 1.000 mm/s.

    • Laserschweißen, Fügen + Verbinden
Image
Bipolarplatten von höchster Qualität versprechen Feintool und Sitec durch ihre Kooperation mit den beiden Verfahren FEINforming und Flex Welding.

Fügen + Verbinden

Feintool und Sitec fertigen gemeinsam Bipolarplatten

Feintool und Sitec haben eine Absichtserklärung zur verstärkten Zusammenarbeit bei der Herstellung metallischer Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure in Europa unterzeichnet.

    • Fügen + Verbinden