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Hallo Wasserstoff! Forscher ermöglichen automatische Massenfertigung von Brennstoffzellen

Quelle: Fraunhofer-IPA 3 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
FAULHABER Antriebssysteme
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SCIO Automation GmbH

Ein Forschungsteam vom Fraunhofer-IPA und vom Campus Schwarzwald hat eine Roboterzelle aufgebaut, die Brennstoffzellen in Sekunden und vollkommen automatisiert steckt.

Hier sieht man per Schnappschuss, wie zwei Roboter, die teilweise aus CFK bestehen, die Stacks für Brennstoffzellen in Rekordzeit bauen. Es handelt sich um zwei Deltaroboter. Damit sei der Weg in die Massenfertigung geebnet, um die Wasserstofftechnik zu pushen.(Bild: Fraunhofer-IPA / R. Bez)
Hier sieht man per Schnappschuss, wie zwei Roboter, die teilweise aus CFK bestehen, die Stacks für Brennstoffzellen in Rekordzeit bauen. Es handelt sich um zwei Deltaroboter. Damit sei der Weg in die Massenfertigung geebnet, um die Wasserstofftechnik zu pushen.
(Bild: Fraunhofer-IPA / R. Bez)

Wenn Brennstoffzellen im Schwerlastverkehr den Verbrenner ablösen sollen, müssen sie in industrieller Massenproduktion, weitgehend automatisiert und entsprechend günstig herstellbar sein. Und bisher werden Brennstoffzellen-Stacks manufakturartig gefertigt, also mit viel Handarbeit und entsprechend zeitaufwendig. Doch endlich steht der Massenproduktion von Brennstoffzellen, die Strom aus grünem Wasserstoff und Sauerstoff herstellen können weniger im Weg. Denn Spezialisten vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) nebst Partnern haben eine Roboterzelle entwickelt, die das quasi in die mechanische Hand nimmt. Ein Fließband befördert dabei die Bipolarplatten ins Sichtfeld eines Roboters. Dessen Bildverarbeitungssoftware erkennt das Bauteil. Mit seinem Sauggreifer nimmt der Roboter die Bipolarplatte auf und hält sie kurz in eine weitere Kamera. Diese scannt die Bipolarplatte von unten ab, erfasst die genauen Abmessungen und erkennt die Beschaffenheit der feinen Strukturen auf der Unterseite – ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Passt alles, legt der Roboter die Bipolarplatte auf einem Stapel ab. Zwei Sekunden dauert der gesamte Arbeitsablauf, wie die Wissenschaftler betonen.

Roboterduo macht beim Brennstoffzellen-Bau Tempo

Um eine Sekunde zeitversetzt erkennt, greift und legt ein zweiter Roboter sogenannte Membranelektrodeneinheiten ab. Aus Bipolarplatte und Membranelektrodeneinheiten besteht eine Brennstoffzelle, wie die Beteiligten anmerken. Über die Bipolarplatte werden Wasserstoff und Sauerstoff eingeleitet. Die beiden chemischen Elemente reagieren in der Membranelektrodeneinheit miteinander. Weil dabei nur eine Spannung von maximal einem Volt aufgebaut werde, müssten für einen Brennstoffzellenmotor, der beispielsweise einen Lastwagen antreiben soll, ungefähr 400 Brennstoffzellen zu einem sogenannten Brennstoffzellen-Stack gestapelt werden. Pro Sekunde legt das Roboterduo eine Bipolarplatte oder Membranelektrodeneinheit auf dem Brennstoffzellen-Stack ab. Ein Stack, der aus 400 einzelnen Brennstoffzellen zusammengesetzt ist, ist also schon nach etwa 13 Minuten fertig. Die manuelle Produktion würde dafür ein Vielfaches an Zeit benötigen.

Robotische Arbeitsgemeinschaft vermeidet Ausschuss

Ein weiteres Kriterium für die industrielle Massenproduktion von Brennstoffzellenstacks heißt Präzision. Denn jede Abweichung – und sei es auch nur im Mikrometerbereich – könne die Leistung des Brennstoffzellensystems mindern. Deshalb schichten die beiden Roboter parallel zwei Brennstoffzellen-Stacks auf. Registrieren ihre Kameras bei der Qualitätskontrolle nur winzige Abweichungen in Sachen Form und Größe, ordnen sie die Bipolarplatte oder Membranelektrodeneinheit dem jeweils passenden Stack zu, erklären die Projektpartner. Mit diesem „Best fit“-Ansatz reduzieren sie also den Ausschuss, den die Hersteller bisher beklagen. Das Ganze geschieht im Rahmen des Projekts „H2FastCell“.

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