Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik

HZwo-Inspect - Modularer Prüf- und Charakterisierungsbaukasten zur Herstellung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren

Motivation des Projektvorhabens

Die Brennstoffzellenfertigung weist einen noch starken Manufaktur-Charakter auf und ist nach wie vor eine limitierende Größe bei der flächendeckenden Etablierung innovativer Wasserstofftechnologien. Einer effizienten Herstellungstechnologie, gekoppelt an eine echtzeitfähige Qualitätskontrolle mit dem Ziel einer hochratenfähigen Nullfehler-Produktion, wird daher eine wichtige Schlüsselrolle zugesprochen. Jedoch ist festzuhalten, dass es hierfür keine allgemeingültige Prozesskette mit integrierter Inline- oder End-of-Line-Prüfung für hochratenfähige Serienfertigungen gibt. Um unnötigen Bauteilausschuss bei prognostizierten Stückzahlen von mehreren Zehntausend Systemen jährlich zu vermeiden, verfolgt HZwo-Inspect die Etablierung einer ressourcenschonenden und energieeffizienten Produktion durch Einsatz verbesserter Kontrollsysteme und Prüfmethoden. 

Forschungs- und Entwicklungsziele

Das Vorhaben adressiert die modulare physische und digitale Abbildung der kompletten Prüf- und Charakterisierungskette von Brennstoffzellen.

Schwerpunkte liegen in der Erarbeitung von Konzepten zur automatisierten Fertigung sowie auf der Inspektion relevanter Komponenten und Prozessschritte. HZwo-Inspect zielt somit auf die Standardisierung der durchzuführenden Qualitätsoperationen bei erhöhten Fertigungskapazitäten ab. Zu prüfende Werkstoffkennwerte, Fehlerarten und Prüfraten werden hierfür klassifiziert, mit dem Ziel, das wirtschaftlichste (ROI) und technologisch versierteste Prüfverfahren auszuwählen. Die Umsetzung eines Digitalen Zwillings zur virtuellen Verknüpfung der Prüfprozesskette ist ebenfalls vorgesehen. Unter Einsatz von KI-basierten Methoden soll schließlich ein multidirektionaler Prüf- und Charakterisierungsbaukasten erarbeitet werden. In diesen fließen die Erkenntnisse und die entwickelten Prüfverfahren aus den Teilvorhaben ein, welche hierzu an industriellen und Forschungs-Komponenten erprobt und optimiert werden.

Verwertungspotenzial der Entwicklung

Als zentrale gemeinsame Verwertung wird der multidirektionale Prüf- und Charakterisierungsbaukasten angesehen. Der modulare Aufbau der darin integrierten Lösungskomponenten mit standardisierten Schnittstellen ermöglicht einen flexiblen Einsatz auch in anderen Anwendungsgebieten und perspektivisch eine Weiterentwicklung der Module als separate Produkte und Services. Als Beispiel kann die KI-gestützte schnelle Auswertung auch auf andere hochratenfähige Produkte wie z. B. umgeformte und gefügte Bleche übertragen werden. Weiterhin entwickeln die Projektbeteiligten neue hochratenfähige Prüfverfahren und -methoden, welche im Projekt an zu entwickelnden Demonstratoren erprobt werden. Folglich kann im Projektnachgang eine direkte Verwertung durch die industriellen Partner erfolgen. Eine wissenschaftliche Einordnung und Verwertung im Rahmen von Konferenzbeiträgen und Publikation ist ebenfalls vorgesehen.

Projektpartner

SITEC Industrietechnologie GmbH

Bornaer Str. 192, 09114 Chemnitz

 

Teilprojekt: HZwo-Inspect MECHANIC

Mechanische Prüfung von Fügeverbindungen

 

AMITRONICS Angewandte Mikromechatronik GmbH

Waldmeisterstraße 99, 80935 München

 

Teilprojekt: HZwo-Inspect VIBRA 

Vibroakustische Prüfung des Fügeprozesses

 

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)

Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz

 

Teilprojekt: HZwo-Inspect VISION

Optische Prüfung und modularer Prüfbaukasten

 

SONOTEC GmbH

Nauendorfer Str. 2, 06112 Halle

 

Teilprojekt: HZwo-Inspect ULTRASOUND 

Ultraschall-Prüfung an Brennstoffzellenkomponenten

 

SURAGUS GmbH

Maria-Reiche-Straße 1, 01109 Dresden

 

Teilprojekt: HZwo-Inspect EDDY CURRENT  

Hochfrequente Impedanzspektroskopie und Wirbelstromprüfung

 

XENON Automatisierungstechnik GmbH

Pforzheimer Str. 16, 01189 Dresden

 

Teilprojekt: HZwo-Inspect STACKING

Kamerabasierte Erfassung des Stapelprozesses

 

Assoziierte Partner

Als assoziierter Partner konnte die WätaS als Produzent von BZ und Elektrolyseuren gewonnen werden. Die zu entwickelnden Prüfverfahren können an bereitgestellten Komponenten der WätaS-Brennstoffzelle erprobt und validiert werden. Dabei kann auf eine bereits bestehende Zusammenarbeit bezüglich innovativer hochauflösender Röntgenmessverfahren mit YXLON zurückgegriffen werden. YXLON unterstützt das Konsortium zusätzlich bei der Charakterisierung von Prüfaufbauten für schnelle und automatisierte 2D-Prüfverfahren oder Analysen mittels CT-Verfahren.Weitere assoziierte Partner sind der HZwo e.V. als Kompetenzstelle der sächsischen Wasserstoffindustrie, ZwickRoell für die mechanische Werkstoff- und Komponentenprüfung, Chromasens für Messaufgaben mit spezifischen Vision-Komponenten inkl. Software von Chromasens durchgeführt werden. In Abhängigkeit der Studienergebnisse stellt Chromasens geeignete Komponenten dem Konsortium zu Testzwecken auf Leihbasis zur Verfügung. Eine Integration der Komponenten in zu entwickelnde Demonstratoren kann zusätzlich den technologieoffenen Ansatz erweitern.

WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH

Chromasens GmbH 

HZwo e.V.

Yxlon International GmbH

ZwickRoell GmbH & Co. KG

Förderhinweis

Die Projektpartner danken der Europäischen Union und der Bundesrepublik Deutschland für die finanzielle Unterstützung.