Durchbruch Wasserstoff-Systeme: Elektronenstrahl ermöglicht schnelleres und kostengünstigeres Schweißen von Bipolarplatten
Standard: Laserstrahlscannerschweißen ist zuverlässig, aber langsam
Zum Fügen der wenige zehntel Millimeter dünnen metallischen Bipolarplatten setzen die meisten Hersteller derzeit auf das Laserstrahlscannerschweißen. Hier kommt gebündeltes Licht zum Einsatz. Ein Spiegel lenkt den Laserstrahl und führt ihn entlang der gewünschten Fügestellen.
Dieses Verfahren funktioniert laut dem IWU zuverlässig; die Mechanik zur (Ab-) Lenkung des Laserstrahls, insbesondere der Spiegel, begrenzt aufgrund seiner Massenträgheit jedoch die Schweißgeschwindigkeit. Für eine Bipolarplatte von der Größe eines DIN A4-Blatts sind jedoch Schweißnähte mit einer Gesamtlänge von mehr als einem Meter auszuführen, sodass die Schweißgeschwindigkeit maßgeblich für die Fertigungszeit und damit die entstehenden Kosten ist.
Elektronenstrahlschweißen deutlich schneller und flexibler – ohne träge Lenkungsmechanik
Beim Elektronenstrahlschweißen sind Elektronen das Medium – mehrere elektromagnetische Linsen steuern die negativ geladenen Teilchen, welche mit bis zu zwei Dritteln der Lichtgeschwindigkeit auftreffen und die beiden Werkstücke miteinander verschmelzen. Dieses Verfahren kommt ohne träge Lenkungsmechanik aus, sodass der Elektronenstrahl verzögerungsfrei geführt werden kann.
Auch die Flexibilität steigt laut IWU: Dank der Möglichkeit zur schnellen Ablenkung des Strahls lassen sich mehrere Prozesszonen gleichzeitig bearbeiten, wo bislang eine Fügestelle nach der anderen „abgearbeitet“ werden muss. Selbst Vor- und Nachwärmprozesse können nahezu gleichzeitig erfolgen.
Das IWU-Forscherteam um Dr. Frank Riedel experimentiert mit einer parallelen Bearbeitung von fünf Zonen (Schmelzbädern). Riedel ist sich sicher: „Bei der Mehrbadtechnik geht noch viel mehr.“
Aus qualitativer Sicht spricht außerdem für diese Technik, dass sie unter Vakuumbedingungen zum Einsatz kommt. Diese garantieren konstante Bedingungen ohne äußere störende Schwankungen von Luftdruck oder Luftfeuchtigkeit. Das ist besonders wichtig, denn ein einziger Hohlraum, Loch oder jede andere Unregelmäßigkeit in der Schweißnaht führt zur Undichtigkeit des gesamten Bauteils. Projektleiter Patrick Urbanek: „Mit der Vakuumtechnik können wir äußere Einflussfaktoren ausschließen und die aus heutiger Sicht höchstmögliche Schweißnahtqualität erzielen.“
Erste Elektronenstrahlanlage – Kleinserie ab 2025 geplant
Die Elektronenstrahlanlage, mit der das Team um Urbanek nun im Rahmen des vom Bundesministerium für Forschung und Bildung lancierten Ideenwettbewerbs „Wasserstoffrepublik Deutschland“ forscht, ist die erste Maschine dieser Art. Die Firma Steigerwald entwickelte die Funktionsumfänge der Anlage nach genauer Maßgabe des Fraunhofer IWU.
Im laufenden Jahr 2024 legt das Chemnitzer Forscherteam den Schwerpunkt auf die weitere Entwicklung der Technologie, deren Reife für die Kleinserienfertigung ab 2025 erreicht sein dürfte. Die neue Anlage ist zudem integraler Bestandteil der Referenzfabrik.H2, mit der die Grundlagen für die industrielle Massenproduktion von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen erreicht werden sollen.
Die Referenzfabrik.H2 basiert auf den Forschungs- und Entwicklungsprojekten des Fraunhofer IWU und weiterer Fraunhofer-Institute.
© IWR, 2024
US-Regierung schiebt Wasserstoff-Markt an: Thyssenkrupp Nucera erhält 50 Millionen US-Dollar für Elektrolyse-Massenproduktion
Forschungs-Newsticker Wasserstoff
Neues Fraunhofer Verbundprojekt entwickelt skalierbare Lösungen für grünen Wasserstoff in Südafrika
Industrielle Massenproduktion: Referenzfabrik.H2 bringt Serienreife von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren voran
H2-Leitprojekte des Bundes: Fraunhofer IWU erforscht Wasserstoff-Erzeugung auf dem Meer
Montage in Hochgeschwindigkeit - Kommt jetzt die Massenproduktion von Brennstoffzellen?
Redox-Flow-Batterien werden billiger - Forscher erhalten Fraunhofer-Preis
Hohe Schlagzahl für eine Brennstoffzellen-Produktion in Europa
Ballard Power will mit neuer Entwicklung Kosten senken und Produktionskapazitäten erhöhen
Energiewende: Baustart für neue Transportleitung für Erdgas und Wasserstoff in Baden-Württemberg
Studie: Fraunhofer ISI analysiert Wasserstoff-Importstrategie für Deutschland
Fraunhofer IWES kooperiert bei grünem Wasserstoffprojekt HYPHEN mit Enertrag und setzt neue Maßstäbe bei Standortbewertung
Deutschland und Namibia intensivieren Zusammenarbeit bei grünem Wasserstoff
Zukunft: Startschuss für regionales Wasserstoff-Verteilnetz in der Metropolregion Frankfurt/Rhein-Main
Wasserstoffwirtschaft: Elektrolyseur-Hersteller H-TEC Systems und Energiegenossenschaft erweitern Kooperation
Lingen wird zentraler Wasserstoff-Produktionsstandort – Grünes Licht für Pipeline zwischen Emsland und Ruhrgebiet
Massenfertigung von Elektrolyseuren: Sunfire erhält IPCEI-Zuwendungsbescheid für Markthochlauf
ESWE Versorgungs AG sucht Energiedatenmanager (m/w/d)
ESWE Versorgungs AG sucht Energiedatenmanager (m/w/d)
Pressemappen - mit Original-Pressemitteilungen