PromoH2: Automatisierte Fertigung von LH2-Speicherkapseln für die Luftfahrt

Herausforderung

Die Herstellung von Speicherkapseln für flüssigen Wasserstoff (LH2) ist aufgrund komplexer Verbindungsgeometrien und stark eingeschränkter Zugänglichkeit mit erheblichen technischen Herausforderungen verbunden. Die konventionelle manuelle Montage erfüllt nicht die strengen Qualitätsstandards der Luftfahrt (z. B. ISO 17927) hinsichtlich einer hohen Schweißnahtintegrität. Zudem schränken enge Bauraumverhältnisse den Zugang für Standard-Verbindungsgeräte, zerstörungsfreie Prüfverfahren (Non-Destructive Testing, NDT) sowie die Geometrieerfassung ein, während thermische Verformungen an komplexen Rohr- und Kuppelbaugruppen ein hohes Fehlerrisiko mit sich bringen.

Zielstellung

Das Forschungsprojekt ProMoH2 entwickelt eine durchgängige, automatisierte und digitalisierte End-to-End-Prozesskette (E2E) für die Fertigung von LH₂-Kapselsystemen. Ziel ist es, Fertigungsqualität, Effizienz und Nachhaltigkeit deutlich zu steigern und gleichzeitig eine integrierte Qualitätssicherung zu gewährleisten. Die Prozesskette kombiniert kompakte End-Effektoren für die Bauteilhandhabung und das Schweißen mit einer Echtzeit-Prozessüberwachung, einer KI-gestützten Anomalieerkennung und gezielten zerstörungsfreien Prüfungen (NDT). 

Im Projekt übernimmt  das Fraunhofer IWU die Entwicklung der Montage- und Fertigungsprozesse für das LH₂-Kapselsystem mit diesen Zielen:

• Durchgängige Prozessarchitektur
  Entwicklung einer durchgängigen physischen und digitalen Architektur für die automatisierte Montage des Kapselsystems.
• Flexible Automatisierungslösungen
  Konstruktion flexibler, kompakter Spannvorrichtungen und Greifer zur präzisen Handhabung komplexer Rohrbaugruppen.
• Integrierte Qualitätssicherung
  Konzepte für integrierte Funktionstests, Reparaturen und Maßnahmen zur Vermeidung von Kontaminationen.
• Nachhaltigkeit
  Durchführung einer begleitenden, vorausschauenden Ökobilanzierung (ex-ante Life Cycle Assessment, LCA), um den CO2-Fußabdruck der Fertigung bereits während der Designphase zu minimieren.

Inhalte und Arbeitsschwerpunkte

• Demonstrator-Design
  3D-Design eines Kapselsystem-Demonstrators als Basis für alle nachfolgenden Montagefolgen und Validierungsversuche.
• Ökobilanzierung
  Systematische Datenerfassung (Energie, Prozesszeiten, Kosten) zur vergleichenden ökologischen Bewertung automatisierter und konventioneller Fertigungsverfahren.
• Greifer und Vorrichtungen
  Konstruktion und Erprobung adaptiver Greifer und einer flexiblen Schweißspannvorrichtung zum Ausgleich von Maßabweichungen der Rohrsegmente.
• Prüf- und Reparaturkonzepte
  Digitale Zugänglichkeitsprüfungen für Test- und Reparatursysteme an engen, schwer zugänglichen Fügestellen.
• Validierung
  Inbetriebnahme und Erprobung der entwickelten Handling-Systeme in einer automatisierten Roboter-Fertigungszelle bei Airbus in Bremen zur finalen Effizienz- und Nachhaltigkeitsbewertung.