Wissenschaft: Campus Schwarzwald an wegweisendem Projekt beteiligt / Montageroboter wird entwickelt
Freudenstadt. Im Forschungsprojekt "H2FastCell" entwickelt ein Forschungsteam vom Campus Schwarzwald und dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) gemeinsam mit einem Industriekonsortium eine Roboterzelle für die automatisierte Hochgeschwindigkeitsmontage von Brennstoffzellenstacks, dem Herzstück des Wasserstoffantriebs. Das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg fördert das Projekt mit rund 2,3 Millionen Euro.
Damit legen die Beteiligten laut einer Pressemitteilung des Campus Schwarzwald die Grundlage für die industrielle Massenproduktion dieser emissionsfreien Technologie. Wasserstoff kann aus erneuerbaren Energien CO2-neutral hergestellt und dann in Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt werden.
Gerade im Güterverkehr könnten Brennstoffzellen ihre Vorteile gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen ausspielen, heißt es in der Mitteilung. Aber auch im stationären Bereich gebe es viele Einsatzgebiete.
Bei der Herstellung von Brennstoffzellen seien effiziente Taktzeiten und Präzision maßgeblich. Das Ziel sei es, die Fertigungskosten zu reduzieren, um den Einsatz dieser Technologie wirtschaftlicher zu machen. Das könne allerdings nur durch Skalierungseffekte erreicht werden, die vollautomatisierte Anlagen mit entsprechend hohen Kapazitäten erfordern.
Momentan sei diese Art von Produktionsanlagen auf dem Markt noch nicht verfügbar, so der Campus Schwarwald. Es sei sinnvoll, bereits jetzt nach Wegen zu suchen, wie solche Anlagen automatisiert und massentauglich hergestellt werden können.
Genau das hat sich ein Forschungsteam vom Fraunhofer IPA sowie vom Centrum für Digitalisierung, Führung und Nachhaltigkeit Schwarzwald (Campus Schwarzwald) im Projekt "H2FastCell" vorgenommen. Gemeinsam mit Teams aus fünf Unternehmen wollen die Wissenschaftler bis 2023 eine Roboterzelle entwickeln, die die einzelnen Schichten einer Brennstoffzelle in Sekundenschnelle und mit absoluter Präzision montiert.
Der Montageroboter, der im Forschungsprojekt "H2FastCell" das Stacking, das Aufeinanderstapeln von Bipolarplatten und Membran-Elektrodeneinheiten im Wechsel übernehmen soll, wird die einzelnen Schichten scannen, während er sie greift. Der Vorgang soll nur eine Sekunde pro Schicht dauern. Ein Stack, der aus 400 einzelnen Brennstoffzellen zusammengesetzt ist, wäre demnach nach etwa 13 Minuten fertig gestapelt. Manuell würde ein Vielfaches der Zeit benötigt werden.
"Wenn der Durchsatz der Stacks derart erhöht wird, ist damit die Grundlage für die industrielle Massenproduktion von Brennstoffzellen gelegt. Die Preise würden fallen und der Einsatz von Brennstoffzellen in mobilen Schwerlastanwendungen wäre endgültig wettbewerbsfähig", sagt Friedrich-Wilhelm Speckmann vom Zentrum für digitalisierte Batteriezellenproduktion am Fraunhofer IPA.
Bis Sommer 2023 will das Forschungsteam am Campus Schwarzwald in Freudenstadt eine Demonstrator-Stackinganlage für die automatisierte Brennstoffzellenmontage aufgebaut haben. Diese Anlage soll dann Unternehmen für weitere Versuche, Machbarkeitsstudien und Validierungen zur Verfügung stehen. "Wir legen mit diesem ersten Projekt den Grundstein für unser künftiges Forschungszentrum für biointelligente Wasserstoff-Kreislaufwirtschaft im Schwarzwald. Damit wollen wir die Wasserstofftechnologie gemeinsam mit Unternehmen in Baden-Württemberg für die mobile und stationäre Nutzung als Energieträger nutzbar machen", sagt Stefan Bogenrieder, Geschäftsführer des Campus Schwarzwald.
Das Forschungsprojekt "H2FastCell" ist am 26. Juli angelaufen und auf zwei Jahre angelegt. Beteiligt sind neben dem Fraunhofer IPA und dem Campus Schwarzwald fünf Unternehmen aus Baden-Württemberg: der Softwareentwickler ISG Industrielle Steuerungstechnik aus Stuttgart, der Vakuumtechnikhersteller J. Schmalz aus Glatten, der Sensorproduzent i-mation aus Rottweil, der Maschinen- und Anlagenbauer Teamtechnik aus Freiberg am Neckar und der Automatisierungstechniker Weiss aus Buchen im Odenwald.