Die Brennstoffzellentechnologie bietet eine immense Chance für eine zukünftige emissionsfreie Mobilität. Eine der größten Herausforderungen für deren Durchbruch sind allerdings die aktuell noch hohen Kosten im Vergleich zu den marktetablierten Benzin- oder Dieselantrieben.
Dies ist vor allem auf den Einsatz von nicht standardisierten Komponenten und die noch nicht ausreichend automatisierte Produktion von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen-Stacks (PEMFC) zurückzuführen, was diese vergleichsweise teuer macht. In dem von der EU geförderten Entwicklungsprojekt Fit-4-AMandA (Fit for Automatic Manufacturing and Assembly) soll daher gezielt auf die automatisierte Serienfertigung von PEM-Stacks und deren Komponenten eingegangen werden. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten dann einen Beitrag zur wirtschaftlichen Herstellung von Brennstoffzellensystemen in größeren Stückzahlen leisten.
Ein maßgeblicher Meilenstein im Rahmen dieses seit 2017 laufenden Vorhabens war Ende Mai 2019 die Auslieferung eines neuen Stack-Roboters an die Proton Motor Fuel Cell GmbH. Mithilfe dieser automatisierten PEM-Stack-Montagelinie (s. Abb. 2) soll die Produktion in Puchheim auf bis zu 5.000 Brennstoffzellen pro Jahr erhöht werden. Das aus sechs Institutionen bestehende internationale Projektteam hat diesen Roboter gemeinsam entwickelt und an einem strengen Testprogramm teilgenommen, um dessen Leistung und Kapazität zu perfektionieren, so dass perspektivisch mit leicht geändertem Maschinenlayout auch bis zu 30.000 Stacks jährlich hergestellt werden könnten.
Zunächst musste geklärt werden, wie hoch der angestrebte Automatisierungsgrad sowie der erforderliche Anlagedurchsatz sein sollen, wie mit fragilen und biegeschlaffen Komponenten umgegangen wird und wie die Qualitätssicherung erfolgt. Im Vergleich zur manuellen Fertigung ergab sich der Optimierungsbedarf im Wesentlichen aus der signifikant rascheren Zuführung sowie der Vereinzelung und der Manipulation der Komponenten während des automatisierten Zusammenbaus. Des Weiteren war die Neugestaltung von mehreren Stack-Komponenten notwendig, um die Herstellungskosten erheblich senken zu können.
IRD Fuel Cells A/S übernimmt in diesem Projekt die Position des Zulieferers der neu zu entwickelnden Stack-Komponenten. Das beinhaltet die Neugestaltung der Prozess- und Werkzeugtechnik für die Herstellung der Bipolarplatten aus Verbundwerkstoff. Die zweite neu zu entwickelnde Schlüsselkomponente ist die Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Anforderungskriterien sind die realisierbare Leistung, die Einhaltung von Maßtoleranzen sowie die Prozessoptimierung, mit dem Ziel der direkten Einbindung in die automatisierte Montagelinie.
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Autoren:
Sebastian Porstmann, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Chemnitz
Dr. Martin Biák, Technische Universität Chemnitz
Die Entwicklung von automatisierten Montagelinien für Brennstoffzellen ist wirklich beeindruckend. Der Einsatz eines Stack-Roboters zur Steigerung der Produktionskapazität auf bis zu 5.000 Stacks pro Jahr zeigt deutlich, wie Technologie die Zukunft der Mobilität prägt.
Mich würde interessieren, wie solche Innovationen die Kosten für Endverbraucher beeinflussen könnten und ob sie dazu beitragen, Brennstoffzellensysteme erschwinglicher zu machen?
Das Thema Brennstoffzellentechnik nimmt ja wirklich Fahrt auf, besonders wenn es um die Herausforderungen der Automatisierung in der Produktion geht. Die Initiative, einen Stack-Roboter zu entwickeln, der die Produktion von Brennstoffzellen effizienter gestaltet, ist ein spannender Schritt in die richtige Richtung. Doch beim Lesen musste ich darüber nachdenken, wie flexibel solche Produktionslinien wirklich sein können, vor allem in einer Welt, in der die Anforderungen schnell wechseln.
Könnten hier vielleicht modulare Systeme, die einen schnellen Austausch von Werkzeugen und Greifern ermöglichen, einen zusätzlichen Vorteil bieten, um die Produktionsflexibilität zu erhöhen?