Flexible Tankgeometrien für eine optimale Raumausnutzung

Maximale Sicherheit, Flexibilität in der Formgebung anspruchsvoller Halsgeometrien und von Wandstärkenverläufen für sehr hohe Betriebsdrücke sind die Kernthemen, wenn es um die Fertigung von Wasserstofftanks aus Aluminium geht. Die Leifeld Metal Spinning GmbH hat sich auf diese Anforderungen fokussiert und stellt nun die neue AFC Einziehmaschine (Aluminium Forming Center) vor. Die Maschine formt die Enden der Aluminiumbehälter zur Speicherung von Wasserstoff durch ein spezielles Einziehverfahren. Beim Umformprozess wird der gesamte Halsbereich im Wandstärkenverlauf auf Dauerfestigkeit optimiert. Neben der klassischen Einziehmaschine bietet der Maschinenbauer aus Ahlen auch eine Kombinationsmaschine an, die die Umformtechnologien Einziehen und Drückwalzen vereint, um sowohl den gesamten Druckbehälter als auch die Hälse zu formen.

Um das Material nicht zu beschädigen, hat sich das F&E-Team unter der Leitung von Benedikt Nillies, technischer Direktor bei Leifeld, einiges ausgedacht. Ein Beispiel ist die Erwärmung der Rohrenden in der Maschine: „Normalerweise werden die Rohrenden durch einen Gasofen oder eine Induktionsanlage außerhalb der Maschine erwärmt“, so Benedikt Nillies. Bei der anschließenden Beschickung kühlt das Bauteil allerdings ab. „Dies wollen wir verhindern“, so Nillies weiter. „Bei der AFC-Maschine werden die Rohrenden wahlweise durch eine integrierte Heizeinrichtung mit Gasbrenner oder elektrischer Induktion auf Bearbeitungstemperatur gleichmäßig erwärmt. Dabei können wir die Temperaturen mehr oder weniger exakt auf das gewünschte Temperaturniveau einstellen. Dies verhindert, dass sich Grobkorn bildet und die Festigkeit des Materials leidet.“ Valide Umformtests für Aluminiumbehälter belegen laut Leifeld den Erfolg dieser Technologie. Nach Erwärmung der Rohrenden wird das Material eingezogen. Der Vorgang wird durch eine kontrollierte Be- und Entladung sowie einer automatisierten Programmierung abgerundet.

Um die Oberfläche intakt zu halten, bietet Leifeld unterschiedliche Drückrollen an – von der einfachen Einziehrolle bis hin zu aktiv angetriebenen Formrollen. Die Rollen, die Leifeld selbst entwickelt und fertigt, rotieren bereits bei Kontakt mit dem Bauteil, so dass Defekte in der Oberfläche weitestgehend vermieden werden. Die Abstützeinrichtung wurde gemäß Leifeld so konstruiert, dass sie auch bei sehr dünnen Wandstärken die Umformkräfte aufnehmen kann. Der Behälter werde formstabil und positionsgenau gehalten, sodass enge Toleranzen und Oberflächengenauigkeiten auch bei hohen Umformkräften und Umformgeschwindigkeiten erzielt werden. Die Abstützeinrichtung ist für Teile mit bis zu 6 m Länge einsetzbar.

Durch die Umformtechnologien Drückwalzen und Einziehen sind selbst gestufte Dimensionen realisierbar. „Die heutigen Wasserstofftanks sind zum Teil in bestehende Fahrzeugarchitekturen zu integrieren, so dass nur ein begrenzter Bauraum im Fahrzeug zur Verfügung steht. Ein Behälter könnte beispielweise so gestuft werden, dass er einen möglichst engen Bauraum einnimmt und dabei das maximale Füllvolumen aufweist“, so Benedikt Nillies. Das macht die Anlage auch für Anwendungen außerhalb des Automobilbaus interessant: „Wir entwickeln den Prozess stetig weiter und haben auch schon erste Anfragen aus anderen Branchen. Zudem beschäftigen wir uns gerade mit der automatisierten Be- und Entladung, um die Maschine noch effizienter an den Materialfluss des Kunden anzupassen.“

(sms)