Steigende Effizienzanforderungen, wachsende Produktionszahlen und zunehmender Kostendruck stellen Hersteller von Wärmetauschern vor neue Herausforderungen. Die entscheidende Frage lautet: Welche Fertigungstechnologie ermöglicht künftig höchste Bauteilqualität bei gleichzeitig wirtschaftlicher Serienproduktion? Das Fraunhofer IWU kann maßgeschneiderte Antworten auf diese Frage geben. Neben etablierten Verfahren wie dem Hohlprägen (Pressen) sowie der Hochdruckblechumformung (Hydroforming) richtet das Institut den Fokus insbesondere auf eine Technologie mit außergewöhnlichem Produktivitätspotenzial: das Hohlprägewalzen.
Die Besonderheit: Alle drei Verfahren werden am Fraunhofer IWU entwickelt, untersucht und für industrielle Anwendungen qualifiziert. Unternehmen erhalten damit eine technologieoffene Bewertung der für ihre Anforderungen optimalen Fertigungsstrategie. Die zugrunde liegenden Kompetenzen stammen aus langjährigen Entwicklungsarbeiten für Bipolarplatten in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.
Drei Technologien, drei Stärken
Metallische Wärmetauscherplatten verlangen filigrane Kanalstrukturen, hohe Maßhaltigkeit und reproduzierbare Qualität. Gleichzeitig müssen Investitionskosten, Materialeinsatz und Ausbringungsleistung wirtschaftlich darstellbar sein. Für diese Anforderungen stehen am Fraunhofer IWU drei unterschiedliche Umformtechnologien zur Verfügung.
Die Hochdruck-Blechumformung zeichnet sich durch besonders gute Ausformung der Kanalstrukturen und hohe Bauteilgenauigkeiten aus. Da lediglich eine Werkzeuggravur benötigt wird, reduzieren sich Werkzeugaufwand und Beschaffungszeiten. Die am Fraunhofer IWU entwickelte passive Hochdruck-Blechumformung vereinfacht darüber hinaus die erforderliche Anlagentechnik deutlich und verkürzt die Prozesszeiten. Das Hohlprägen gilt heute als industrieller Standard für die Herstellung strukturierter Metallplatten. Das Verfahren kombiniert hohe Prozesssicherheit, etablierte Anlagenkonzepte und wirtschaftliche Serienfertigung. Für viele Anwendungen stellt es weiterhin die industrielle Referenztechnologie dar.
Wenn Produktivität zum Wettbewerbsvorteil wird
Den größten Entwicklungsschub erwartet das Fraunhofer IWU jedoch beim Hohlprägewalzen. Anders als beim diskontinuierlichen Pressen erfolgt die Umformung kontinuierlich zwischen rotierenden Formwalzen. Diese Prozesskinematik reduziert die erforderlichen Umformkräfte erheblich und eröffnet gleichzeitig deutlich höhere Produktionsraten. Während sich mit konventionellen Verfahren bis zu 60 Bauteile pro Minute realisieren lassen, werden für das Hohlprägewalzen Produktionsleistungen von deutlich über 100 Bauteilen pro Minute prognostiziert.
Gerade für zukünftige Märkte mit hohen Stückzahlen entsteht dadurch ein erhebliches wirtschaftliches Potenzial. Die kontinuierliche Fertigung ermöglicht kompaktere Anlagenkonzepte, eine hohe Materialeffizienz und attraktive Stückkosten. Vor allem aber eröffnet das Verfahren neue Perspektiven für vollständig integrierte Rolle-zu-Rolle-Prozessketten.
Von der Rolle (Coil) »direkt« zum Wärmetauscher
Das Fraunhofer IWU verfolgt dabei einen ganzheitlichen Ansatz. Im Mittelpunkt steht nicht allein die Umformung einzelner Platten. Nach dem kontinuierlichen Hohlprägewalzen können die Bauteile direkt aus dem Band getrennt, gefügt und gestapelt werden. Damit entsteht eine hochproduktive Fertigungsarchitektur vom Coil bis zur fertigen Wärmetauscherplatte. Gerade im industriellen Maßstab lassen sich dadurch Investitionskosten pro Bauteil, Handhabungsaufwand und Produktionszeiten deutlich reduzieren. Die eigentliche Stärke des Hohlprägewalzens liegt somit nicht nur im Umformprozess selbst, sondern in dessen hervorragender Eignung für hochautomatisierte Fertigungslinien.
Wasserstoff-Know-how für die nächste Generation von Wärmetauschern
Die technologische Grundlage hierfür wurde am Fraunhofer IWU bereits geschaffen. In zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten hat das Institut die Herstellung metallischer Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure untersucht, bewertet und qualifiziert. Dabei standen exakt jene Fragestellungen im Fokus, die heute auch für moderne Wärmetauscher relevant sind: hochpräzise Kanalstrukturen, geringe Umformkräfte, hohe Produktionsraten und robuste Prozessketten.
Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich unmittelbar auf die Fertigung von Wärmetauscherplatten übertragen. Insbesondere Erfahrungen aus der Verarbeitung dünnwandiger Edelstahlbänder, der Auslegung komplexer Strömungsstrukturen sowie der Entwicklung kontinuierlicher Fertigungsprozesse schaffen eine belastbare Grundlage für industrielle Anwendungen im Bereich der Wärmeübertragung.
Von der Idee zur Machbarkeitsstudie
Unternehmen, die neue Wärmetauscherkonzepte entwickeln oder bestehende Produkte wirtschaftlicher fertigen möchten, können die Technologien gemeinsam mit dem Fraunhofer IWU bewerten. Machbarkeitsstudien sind auf Basis von Musterbauteilen mit einer Breite bis etwa 30 Zentimeter, einer Länge bis zu 1 Meter sowie für Blechdicken bis 0,5 Millimeter möglich. Daraus lassen sich Aussagen zur Umformbarkeit, zur erreichbaren Bauteilqualität, zur Wirtschaftlichkeit möglicher Prozessketten sowie zur Skalierung in die Serienfertigung ableiten.
Kontakt:
www.iwu.fraunhofer.de
