Fraunhofer IWU erschließt innovative Verfahren für die wirtschaftliche Großserienfertigung von Wärmetauscherplatten
Die steigenden Anforderungen an Effizienz, wachsende Produktionsmengen und zunehmender Kostendruck stellen Hersteller von Wärmetauschern vor neue Herausforderungen. Eine zentrale Fragestellung ist, welche Fertigungstechnologie zukünftig höchste Bauteilqualität mit wirtschaftlicher Serienproduktion verbindet. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU bietet hierzu maßgeschneiderte Lösungen. Neben bewährten Verfahren wie dem Hohlprägen (Pressen) und der Hochdruckblechumformung (Hydroforming) liegt ein besonderer Fokus auf dem Hohlprägewalzen, das ein hohes Potenzial für Produktivitätssteigerungen aufweist.
Entwicklung und Qualifizierung verschiedener Umformverfahren
Am Fraunhofer IWU werden alle drei Technologien – Hohlprägen, Hochdruckblechumformung und Hohlprägewalzen – kontinuierlich weiterentwickelt, untersucht und für den industriellen Einsatz qualifiziert. Dadurch erhalten Unternehmen eine technologieoffene Bewertung, um die jeweils optimale Fertigungsstrategie für ihre Anforderungen zu identifizieren. Die Kompetenzen basieren auf langjährigen Forschungsarbeiten im Bereich der Bipolarplattenfertigung für Brennstoffzellen und Elektrolyseure.
Die drei Verfahren im Überblick
- Hochdruck-Blechumformung: Dieses Verfahren zeichnet sich durch exzellente Ausformung der Kanalstrukturen und hohe Bauteilpräzision aus. Da nur eine Werkzeuggravur erforderlich ist, reduzieren sich Werkzeugkosten und Beschaffungszeiten. Die passive Hochdruck-Blechumformung, die am Fraunhofer IWU entwickelt wurde, vereinfacht zudem die Anlagentechnik und verkürzt Prozesszeiten.
- Hohlprägen: Als industrieller Standard für strukturierte Metallplatten kombiniert das Hohlprägen hohe Prozesssicherheit, etablierte Anlagenkonzepte und wirtschaftliche Serienfertigung. Es bleibt für viele Anwendungen die Referenztechnologie.
- Hohlprägewalzen: Im Gegensatz zum diskontinuierlichen Pressen erfolgt die Umformung hier kontinuierlich zwischen rotierenden Formwalzen. Dieses Verfahren senkt die Umformkräfte erheblich und ermöglicht deutlich höhere Produktionsraten. Während konventionelle Verfahren bis zu 60 Bauteile pro Minute fertigen, sind beim Hohlprägewalzen über 100 Bauteile pro Minute realistisch.
Wirtschaftliche Vorteile durch kontinuierliche Fertigung
Das Hohlprägewalzen bietet insbesondere für Märkte mit hohen Stückzahlen ein erhebliches wirtschaftliches Potenzial. Die kontinuierliche Produktion ermöglicht kompaktere Anlagen, eine verbesserte Materialausnutzung und reduzierte Stückkosten. Zudem eröffnet das Verfahren neue Möglichkeiten für vollständig integrierte Rolle-zu-Rolle-Prozessketten, bei denen das Bandmaterial direkt zu fertigen Wärmetauscherplatten verarbeitet wird.
Ganzheitlicher Fertigungsansatz vom Coil bis zum fertigen Bauteil
Das Fraunhofer IWU verfolgt einen umfassenden Ansatz: Nach dem kontinuierlichen Hohlprägewalzen können die Platten unmittelbar aus dem Band getrennt, gefügt und gestapelt werden. Dies führt zu einer hochproduktiven Fertigungsarchitektur, die Investitionskosten, Handhabungsaufwand und Produktionszeiten signifikant senkt. Die Stärke des Verfahrens liegt somit nicht nur in der Umformung selbst, sondern auch in der Eignung für automatisierte Fertigungslinien.
Übertragung von Wasserstoff-Technologien auf Wärmetauscherplatten
Die technologische Basis wurde durch umfangreiche Forschungsprojekte zur Herstellung metallischer Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure gelegt. Dabei standen präzise Kanalstrukturen, geringe Umformkräfte, hohe Produktionsraten und robuste Prozessketten im Vordergrund – Aspekte, die auch für moderne Wärmetauscher relevant sind.
Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich direkt auf die Fertigung von Wärmetauscherplatten übertragen. Insbesondere die Verarbeitung dünnwandiger Edelstahlbänder, die Gestaltung komplexer Strömungsstrukturen sowie die Entwicklung kontinuierlicher Fertigungsprozesse bilden eine solide Grundlage für industrielle Anwendungen im Bereich der Wärmeübertragung.
Machbarkeitsstudien und industrielle Umsetzung
Unternehmen, die neue Wärmetauscherkonzepte entwickeln oder bestehende Produkte kosteneffizienter fertigen wollen, können gemeinsam mit dem Fraunhofer IWU die vorgestellten Technologien bewerten. Machbarkeitsstudien sind anhand von Musterbauteilen mit einer Breite bis etwa 30 Zentimeter, einer Länge bis zu einem Meter und Blechdicken bis 0,5 Millimeter möglich. Daraus lassen sich Aussagen zur Umformbarkeit, Bauteilqualität, Wirtschaftlichkeit der Prozessketten sowie zur Skalierbarkeit in die Serienfertigung ableiten.
Kontakt für wissenschaftliche Anfragen
Dr. Markus Werner
Fraunhofer IWU
Reichenhainer Straße 88
D-09126 Chemnitz
E-Mail: markus.werner@iwu.fraunhofer.de
Telefon: +49 371 53971863
