Die Produktion von Wärmetauschern steht vor großen Herausforderungen, die durch steigende Effizienzanforderungen, wachsende Produktionszahlen und zunehmenden Kostendruck bedingt sind. Um in diesem Wettbewerbsumfeld bestehen zu können, müssen Hersteller geeignete Fertigungstechnologien finden, die nicht nur eine hohe Qualität der Komponenten gewährleisten, sondern auch wirtschaftlich sind. Das Fraunhofer-Institut für Maschinenbau und Umformtechnik (IWU) hat sich dieser Problematik angenommen und bietet maßgeschneiderte Lösungen an.
Die Forschungseinrichtung hat sich auf mehrere etablierte Verfahren spezialisiert, darunter das Hohlprägen und die Hochdruckblechumformung. Doch das Institut legt besonderes Augenmerk auf eine neuartige Technologie mit hohem Produktivitätspotenzial: das Hohlprägewalzen. Diese innovative Technik wird derzeit am Fraunhofer IWU entwickelt, um die industrielle Anwendung zu optimieren.
Das Besondere an den von Fraunhofer IWU untersuchten Verfahren ist, dass sie alle im Institut entwickelt und für den industriellen Einsatz qualifiziert werden. Unternehmen profitieren von einer technologieoffenen Bewertung, die ihnen hilft, die für ihre spezifischen Anforderungen am besten geeignete Fertigungsstrategie zu wählen. Die Expertise des Instituts basiert auf jahrelangen Entwicklungsarbeiten im Bereich von Bipolarplatten, die in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren eingesetzt werden.
Die drei Haupttechnologien, die am Fraunhofer IWU zur Verfügung stehen, haben jeweils ihre eigenen Vorteile. Die Hochdruckblechumformung ermöglicht eine präzise Ausformung von Kanalstrukturen und gewährleistet hohe Maßhaltigkeit der Bauteile. Dieses Verfahren erfordert nur eine Werkzeuggravur, was die Werkzeugkosten und die Beschaffungszeiten signifikant reduziert. Zusätzlich hat das Fraunhofer IWU eine passive Hochdruck-Blechumformung entwickelt, die die erforderliche Anlagentechnik vereinfacht und die Prozesszeiten verkürzt.
Das Hohlprägen hingegen hat sich als industrieller Standard etabliert, wenn es um die Herstellung strukturierter Metallplatten geht. Es kombiniert hohe Prozesssicherheit mit wirtschaftlicher Serienproduktion und bleibt für viele Anwendungen die Referenztechnologie.
Die größte Hoffnung auf einen Entwicklungsschub liegt jedoch im Hohlprägewalzen. Im Gegensatz zum herkömmlichen Pressen erfolgt die Umformung hier kontinuierlich zwischen rotierenden Formwalzen. Dies reduziert die erforderlichen Umformkräfte erheblich und ermöglicht deutlich höhere Produktionsraten. Während herkömmliche Verfahren maximal 60 Bauteile pro Minute schaffen, wird beim Hohlprägewalzen eine Produktionskapazität von über 100 Bauteilen pro Minute prognostiziert. Dieses enorme Potenzial ist insbesondere für Märkte mit hohen Stückzahlen von Bedeutung.
Ein weiterer Vorteil der kontinuierlichen Fertigung ist die Möglichkeit, kompaktere Anlagen zu konzipieren, die Materialeffizienz zu erhöhen und die Stückkosten zu senken. Zudem eröffnet das Verfahren Perspektiven für vollständig integrierte Rolle-zu-Rolle-Prozesse, bei denen die Bauteile direkt aus dem Band getrennt, gefügt und gestapelt werden können. Diese hochproduktive Fertigungsarchitektur vom Coil bis zur fertigen Wärmetauscherplatte reduziert nicht nur die Investitionskosten pro Bauteil, sondern minimiert auch den Handhabungsaufwand und verkürzt die Produktionszeiten.
Das Fraunhofer IWU hat bereits umfangreiche technologische Grundlagen für diese Prozesse geschaffen. In verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsprojekten wurde die Herstellung metallischer Bipolarplatten untersucht, wobei die Fragestellungen zur Herstellung von Wärmetauschern im Fokus standen. Besonders relevant sind hierbei die Anforderungen an präzise Kanalstrukturen, die Reduzierung von Umformkräften, hohe Produktionsraten und robuste Prozessketten.
Unternehmen, die innovative Wärmetauscherlösungen entwickeln oder bestehende Produkte effizienter produzieren möchten, haben die Möglichkeit, diese Technologien gemeinsam mit dem Fraunhofer IWU zu evaluieren. Machbarkeitsstudien können auf Basis von Musterbauteilen durchgeführt werden, die eine Breite von bis zu 30 Zentimetern und eine Länge von bis zu einem Meter aufweisen, sowie Blechdicken von bis zu 0,5 Millimetern. Solche Studien ermöglichen es, Aussagen zur Umformbarkeit, zur erreichbaren Bauteilqualität und zur Wirtschaftlichkeit möglicher Prozessketten zu treffen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Fraunhofer IWU mit seinen innovativen Ansätzen und Technologien einen wesentlichen Beitrag zur wirtschaftlichen Serienproduktion von Wärmetauschern leistet. Die Kombination aus traditioneller Fertigungstechnik und neuartigen Verfahren eröffnet Herstellern neue Perspektiven und Chancen auf dem Markt.
