Für Wasserstoff als einen Energieträger der Zukunft sind Brennstoffzellentechnologie und Elektrolyse die Schlüsseltechnologien. Überschüssiger Strom aus Wasser-, Wind- und Solarkraftwerken wird in Wasserstoff umgewandelt und gespeichert. Damit kann er unabhängig vom gerade verfügbaren Wind oder Sonnenschein als Kraftstoff für Brennstoffzellen bereitgestellt werden. Um diese Technologien in den Markt zu bringen, braucht es serientaugliche Fertigungs- und Montagetechnologien. Die Anlagentechnik dafür entsteht bei der USK Karl Utz Sondermaschinen GmbH in Limbach-Oberfrohna, einem Unternehmen der Aumann AG. Dr. Thilo Richter, Leiter Konstruktion/Entwicklung bei USK, beschreibt die damit verbundenen Herausforderungen.
Brennstoffzellensysteme haben in den letzten Jahren die Reife für eine breite Markteinführung erreicht. Die Hersteller stehen nunmehr vor der Herausforderung, die bisher weitgehend manuelle Labor- und Kleinserienfertigung in eine skalierbare Produktion zu überführen. Dabei ist Wettbewerbsfähigkeit nur mit einer entsprechenden Produktionseffizienz erreichbar.
Für USK als marktetablierten Spezialisten zur Herstellung flexibler Montage-, Handhabungs- und Prüftechnik ist die Entwicklung von Technologien und Anlagentechnik zur automatischen Montage von Brennstoffzellenstacks Bestandteil der strategischen Ausrichtung auf regenerative Energien. Der Markt für derartige Anlagen ist erst im Entstehen, das erforderliche Investvolumen für die Hersteller hoch und ein schneller Return on Invest häufig nicht darstellbar. Dementsprechend komplex sind die Anforderungen an den Montageautomatisierer. Die neue Anlage muss zunächst die aktuellen Produkte montieren können und Reserven haben für zukünftige Produkttypen. Durch eine gestufte Investition sollen bereits kleinere Stückzahlen wirtschaftlich herstellbar sein. Ebenso wird eine skalierbare Erweiterung gefordert. Dabei sind die technischen Voraussetzungen zur Erreichung der wirtschaftlichen Ziele noch nicht wirklich gut. Die Varianz der Produkte ist groß und die Bereitstellung der Komponenten nicht automatisierungsgerecht. Die Qualitätsanforderungen sind eine enorme Herausforderung für die junge Branche. Es gibt kaum Standardisierung.
Wasserstoff als Energiequelle für den Fahrzeugantrieb steckt noch in den Kinderschuhen. Eine Hürde sind die noch nicht vorhandenen Anlagen und Technologien zur effizienten Fertigung von Brennstoffzellensystemen. Der Automatisierungstechnik-Spezialist USK arbeitet mit Partnern an der Lösung dieser Herausforderung. (Foto: Audi)
Durchbruch erreichen
Um einen Durchbruch in Richtung automatisierte Montage zu erreichen, hat sich USK im EU-Entwicklungsprojekt Fit-4-AMandA (Fit for Automatic Manufacturing and Assembly of Fuel Cells) mit sechs Partnern zusammengeschlossen. Innerhalb von drei Jahren sollen automatisch ausführbare Technologien zur Montage von Brennstoffzellen und -stacks auf Basis metallischer und graphitischer Bipolarplatten entwickelt und in einer bezüglich Stückzahl und Automatisierungsgrad skalierbaren Prototypenanlage realisiert und erprobt werden. Am Ende des Projektes stehen Integration und Test eines automatisch montierten Brennstoffzellenstacks in einem leichten Nutzfahrzeug.
Handeln verzahnen
Technisch kann heutzutage beinahe jeder manuelle Prozess auch automatisiert umgesetzt werden. Für eine skalierbare Serienfertigung ist jedoch Effizienz erforderlich. Diese entsteht, wenn die Hersteller des Produkts und die Spezialisten für die Produktionsanlage ihr Handeln frühzeitig verzahnen und bereits mit Beginn der Produktentwicklung eng zusammenarbeiten. Der Fokus liegt dabei auf der gesamten Produktionskette. Das beginnt bei der qualitätsgerechten Bereitstellung der Komponenten in lager-, transport- und handlingsgeeigneten Behältnissen. Das Produktdesign ist unter Beibehaltung der eigentlichen Funktionalität an die Erfordernisse der automatischen Montage anzupassen, um die Prozesse so einfach und sicher wie möglich gestalten zu können. Vorzusehen sind entsprechend Inprozessprüfungen, um die Fehlerfreiheit der Montageprozesse sicherzustellen. Außerdem ist ein Produkt- und Prozessdatenkonzept zu entwickeln, mit dem eine vollständige Rückverfolgbarkeit sichergestellt wird. In diesem Prozess sieht sich USK nicht nur als Lieferant, sondern auch als Partner. Bei Bedarf unterstützen USK-Automatisierungsspezialisten den Kunden bereits in der Entwicklungsphase seines Produktes.
