Hohlprägewalzen – Effiziente und hochratenfähige Produktion von Bipolar- und Elektrolyseurplatten

Das Hohlprägewalzen ist ein effizientes und ressourcenschonendes Umformverfahren, das insbesondere bei der Herstellung komplexer Geometriestrukturen deutliche Vorteile gegenüber konventionellen Methoden bietet. Mit der BPPflexROLL wurde eine Anlage für die hocheffiziente Herstellung von Bipolarplatten (BPP) für Brennstoffzellen oder von Wärmetauscherplatten entwickelt. Zudem erweitert die flexROLL^MAX das Produktionsspektrum auf großformatige und dickere Bauteile wie Elektrolyseurplatten. Sie erschließt als ›große Schwester‹ der BPPflexROLL neue Bereiche des Blechsektors für das Hohlprägewalzen von Bauteilen.

Hohe Produktionsraten und Wirtschaftlichkeit

Im Gegensatz zu diskontinuierlichen Prozessen wie dem klassischen Hohlprägen oder der Hochdruckblechumformung, bei denen pro Pressehub ein Bauteil gefertigt wird und Verfahrenspausen entstehen, läuft das Hohlprägewalzen durch ein oder mehrere Walzenpaare kontinuierlich ab. Dies ermöglicht eine erhebliche Steigerung der Stückzahlausbringung und führt somit zu Skaleneffekten. Letztlich resultieren daraus deutlich geringere Herstellungskosten pro Bauteil, was die Marktfähigkeit von Industrieprodukten fördert.

Reduzierte Prozesskräfte, kompaktes Anlagenlayout

Das Hohlprägewalzen führt durch den inkrementellen Charakter des Prozesses (Formgebung in kleinen, aufeinander folgenden Umformschritten) zu einer signifikanten Reduzierung der Prozesskräfte – im Vergleich zum konventionellen Hohlprägen um durchschnittlich den Faktor 10. Geringere Prozesskräfte bedeuten, dass die benötigte Anlagentechnik kleiner, leichter und kostengünstiger dimensioniert werden kann. Dies senkt Investitionskosten, Platzbedarf und Energieverbrauch.

Flexibilität und Anpassungsfähigkeit

Die BPPflexROLL wie auch die flexROLL^MAX sind modular und flexibel gestaltet und können als kompakte Maschinen problemlos versetzt und umkonfiguriert werden. Die Anzahl der erforderlichen Walzensätze kann in Abhängigkeit von der spezifischen Bauteilgeometrie individuell angepasst werden. Das erhöht die Flexibilität in der Produktion und erlaubt die Herstellung verschiedener Geometrien auf derselben Anlage mit geringem Umrüstaufwand.

Virtuelle Abbildung zur Prozess- und Anlagenoptimierung und Dimensionierung

Die Grundlagen des Prozesses wurden intensiv mit spezialisierten virtuellen Modellen untersucht. Mittlerweile können selbst industrieübliche full-scale Bipolarplatten vollständig virtuell abgebildet und deren Umformverhalten prognostiziert werden. Auf Basis dieser Schlüsseltechnologie kann nicht nur der Umformprozess selbst optimiert, sondern gezielt auch Designanpassungen der Bipolarplatten vorgenommen werden. Besonderes Augenmerk liegt auf der Vermeidung möglicher Faltenbildungstendenzen und der Prognose von rückfederungsbedingten Ebenheitsabweichungen.

Potenzial für Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle

Das Fraunhofer IWU arbeitet daran, das Hohlprägewalzen zu einem »kognitiven Umformprozess« weiterzuentwickeln. Durch die Integration von Sensorik und intelligenten Algorithmen ist es möglich, die Qualität der Bauteile im laufenden Prozess zu überwachen bzw. zu sichern und den Ausschuss zu minimieren.