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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.
Foto: Fraunhofer IWU
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.

Eines schafft normalerweise auch eine noch so gut gewartete Presse nicht: den Sprung zu einer neuen Technologie. Aber das könnte sich in Zukunft ändern – dank des sogenannten passiven Hydroformings, einer Neuentwicklung am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Mithilfe dieses Verfahrens können nun auch Pressen, die ursprünglich nicht für die Hochdruck-Blechumformung (HBU) ausgelegt waren, ganz ohne Wasserhydraulik und Druckübersetzer für die Fertigung von Bipolarplatten eingesetzt werden. Hierfür sind Umformdrücke von etwa 200 MPA erforderlich. Der Clou ist dabei das Werkzeugkonzept: Die Bewegung des Verdrängerkolbens beim Schließen der Presse führt zur Komprimierung des im Werkzeug eingeschlossenen Wirkmediums. Dadurch kann ausreichend Druck für die Umformung von Bipolarplatten erzeugt werden. Werkzeugtechnisch anspruchsvoll ist dabei insbesondere die Abdichtung des Wirkmediums zwischen dem umzuformenden Blech und der Befüllplatte.

Schweißen von Bipolarplatten für Brennstoffzellen

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Geeignete Pressen in großer Anzahl verfügbar

Bipolarplatten werden in großer Stückzahl für Elektrolyseure und Brennstoffzellen benötigt. In Elektrolyseuren wird Wasser mit Strom beispielsweise aus Wind oder Sonne in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten; Brennstoffzellen wandeln den so gewonnenen Wasserstoff in elektrische Energie um. Damit Wasserstoff zu einer tragenden Säule in der klimaneutralen Energieversorgung werden kann, müssen wesentliche Wasserstoffsysteme in die industrielle Serienproduktion überführt werden. Hier leistet das passive Hydroforming einen Beitrag, die Markteintrittsschwelle in die Innenhochdruck-Umformung abzusenken. Die zur Anlagenertüchtigung benötigten Investitionen sind vergleichsweise gering, gleichzeitig steht auf dem Markt bereits eine größere Anzahl geeigneter Pressen zur Verfügung – Pressen, die kurze Taktzeiten ermöglichen, was die Wirtschaftlichkeit der Bipolarplattenproduktion zusätzlich erhöht.

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Diese Bipolarplatte wurde mit passivem Hydroforming gefertigt.
Foto: Fraunhofer IWU
Diese Bipolarplatte wurde mit passivem Hydroforming gefertigt.

Erstvorstellung am 11. Oktober 2022

Das Fraunhofer IWU stellt am 11. Oktober 2022 das passive Hydroforming erstmals im Rahmen eines Workshops zur Wirkmedienumformung in Chemnitz vor. Der Workshop beleuchtet darüber hinaus, welche Anwendungen der Innenhochdruck-Umformung durch die Transformation in der Automobilindustrie zur Elektromobilität zunehmend in den Fokus rücken. Zukünftig werden weniger Verbrenner-spezifische innenhochdruck-umgeformte Bauteile wie Nockenwellen oder Komponenten des Abgasstrangs benötigt. Andererseits bietet die Elektromobilität neue Einsatzpotenziale für hydrogeformte Bauteile – zum Beispiel in der geänderten Karosseriestruktur. Beim Workshop „Wirkmedienumformung am Fraunhofer IWU – 26 Jahre Innovationen und Know-how“ präsentieren Vertreter aus Wissenschaft und Industrie aktuelle Forschungsergebnisse und Trends. Die Veranstaltung bietet eine Plattform für den gegenseitigen Erfahrungsaustausch und die Vernetzung, um gemeinsam aktuelle und zukünftige Herausforderungen am Markt zu bewältigen.

Bipolarplatten optimal fertigen

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