Rostoucí požadavky na efektivitu, zvyšující se výrobní objemy a narůstající tlak na náklady představují pro výrobce výměníků tepla nové výzvy. Klíčová otázka zní: Která výrobní technologie umožní v budoucnu nejvyšší kvalitu dílů při ekonomické sériové výrobě? Fraunhofer IWU může poskytnout na tuto otázku na míru šité odpovědi. Kromě zavedených metod, jako je duté ražení (lisování) a vysokotlaké tvarování plechů (hydroforming), se institut zaměřuje zejména na technologii s mimořádným potenciálem produktivity: duté ražení.
Zvláštností je, že všechny tři metody jsou vyvíjeny, zkoumány a kvalifikovány pro průmyslové aplikace na Fraunhofer IWU. Firmy tak získávají technologicky neutrální hodnocení optimální výrobní strategie pro jejich požadavky. Základní kompetence vycházejí z dlouholetého vývoje pro bipolární desky v palivových článcích a elektrolyzérech.
Tři technologie, tři silné stránky
Kovové desky výměníků tepla vyžadují jemné kanálové struktury, vysokou rozměrovou stálost a reprodukovatelnou kvalitu. Zároveň musí být investiční náklady, použití materiálu a výtěžnost ekonomicky realizovatelné. Pro tyto požadavky jsou na Fraunhofer IWU k dispozici tři různé tvarovací technologie.
Vysokotlaké tvarování plechů se vyznačuje zvlášť dobrým tvarováním kanálových struktur a vysokou přesností dílů. Jelikož je potřeba pouze jedno nástrojové gravírování, snižují se náklady na nástroje a doby dodání. Pasivní vysokotlaké tvarování plechů vyvinuté na Fraunhofer IWU navíc výrazně zjednodušuje potřebnou techniku zařízení a zkracuje procesní časy. Duté ražení je dnes považováno za průmyslový standard pro výrobu strukturovaných kovových desek. Tato metoda kombinuje vysokou procesní bezpečnost, zavedené koncepce zařízení a ekonomickou sériovou výrobu. Pro mnoho aplikací zůstává průmyslovou referenční technologií.
Když se produktivita stává konkurenční výhodou
Největší rozvojový impuls však očekává Fraunhofer IWU u dutého ražení. Na rozdíl od diskontinuálního lisování probíhá tvarování kontinuálně mezi rotujícími formovacími válci. Tato procesní kinematika výrazně snižuje potřebné tvarovací síly a zároveň umožňuje výrazně vyšší výrobní rychlosti. Zatímco s konvenčními metodami lze dosáhnout až 60 dílů za minutu, pro duté ražení se prognózují výrobní výkony výrazně přes 100 dílů za minutu.
Právě pro budoucí trhy s vysokými objemy se tím vytváří značný ekonomický potenciál. Kontinuální výroba umožňuje kompaktnější koncepce zařízení, vysokou efektivitu materiálu a atraktivní náklady na díl. Především však tato metoda otevírá nové perspektivy pro plně integrované procesní řetězce od role k roli.
Z role „přímo“ k výměníku tepla
Fraunhofer IWU přitom sleduje komplexní přístup. V centru pozornosti není pouze tvarování jednotlivých desek. Po kontinuálním dutém ražení mohou být díly přímo odděleny, spojeny a stohovány. Tím vzniká vysoce produktivní výrobní architektura od cívky až po hotovou desku výměníku tepla. Právě v průmyslovém měřítku lze tímto způsobem výrazně snížit investiční náklady na díl, náklady na manipulaci a výrobní časy. Skutečná síla dutého ražení tedy nespočívá pouze v samotném tvarovacím procesu, ale v jeho vynikající vhodnosti pro vysoce automatizované výrobní linky.
Znalosti o vodíku pro další generaci výměníků tepla
Technologický základ pro to byl již vytvořen na Fraunhofer IWU. V řadě výzkumných a vývojových projektů institut zkoumal, hodnotil a kvalifikoval výrobu kovových bipolárních desek pro palivové články a elektrolyzéry. Přitom se zaměřil na přesně ty otázky, které jsou dnes relevantní i pro moderní výměníky tepla: vysoce přesné kanálové struktury, nízké tvarovací síly, vysoké výrobní rychlosti a robustní procesní řetězce.
Získané poznatky lze přímo aplikovat na výrobu desek výměníků tepla. Zvláště zkušenosti z zpracování tenkostěnných nerezových pásů, návrhu složitých proudových struktur a vývoje kontinuálních výrobních procesů vytvářejí spolehlivý základ pro průmyslové aplikace v oblasti přenosu tepla.
Od nápadu k proveditelnosti
Firmy, které vyvíjejí nové koncepty výměníků tepla nebo chtějí vyrábět stávající produkty ekonomičtěji, mohou technologie společně s Fraunhofer IWU hodnotit. Studie proveditelnosti jsou možné na základě vzorových dílů s šířkou až přibližně 30 centimetrů, délkou až 1 metr a pro tloušťky plechů až 0,5 milimetru. Z toho lze odvodit závěry o tvarovatelnosti, dosažitelné kvalitě dílů, ekonomice možných procesních řetězců a o škálovatelnosti do sériové výroby.
Kontakt:
www.iwu.fraunhofer.de
