Die Brennstoffzellentechnologie gilt weithin als wichtiger Baustein für zukünftige Energie- und Mobilitätssysteme. Von Automobilanwendungen bis hin zur stationären Stromerzeugung versprechen Brennstoffzellen einen hohen Wirkungsgrad und geringe Emissionen – vorausgesetzt, es können skalierbare, zuverlässige Fertigungsprozesse etabliert werden. Eine der größten Herausforderungen liegt in der präzisen und schonenden Verarbeitung dünner, empfindlicher Funktionsmaterialien wie Membranen und Bipolarplatten. Hier gewinnen rotierende Verarbeitungstechnologien zunehmend an Bedeutung.
Die Schobertechnologies GmbH mit Sitz in Eberdingen entwickelt seit mehr als 75 Jahren Rotationswerkzeuge, Module und Spezialmaschinen für die Verarbeitung. Das Unternehmen hat seine Wurzeln traditionell in der Papier-, Folien- und Filmverarbeitungsindustrie, hat sein Portfolio jedoch nach und nach auf Hightech-Anwendungsbereiche wie Medizintechnik, Elektronik, Automobiltechnik und die Herstellung von Brennstoffzellen ausgeweitet.
Einhaltung extrem enger Toleranzen
In Brennstoffzellensystemen, insbesondere in der Protonenaustauschmembran-Technologie (PEM), müssen Komponenten wie Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) extrem enge Toleranzen einhalten. Die katalysatorbeschichtete Membran (CCM), ein Kernelement der MEA, ist besonders anspruchsvoll in der Verarbeitung. Sie ist dünn, flexibel und sehr empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung sowie Umwelteinflüssen wie Temperatur und Feuchtigkeit. Herkömmliche Verarbeitungsmethoden stoßen bei der industriellen Verarbeitung dieser Materialien oft an ihre Grenzen.
Die rotative Rollenverarbeitung bietet einen anderen Ansatz. Anstelle von intermittierenden, hubbasierten Vorgängen wird das Material kontinuierlich verarbeitet, wodurch die mechanische Belastung erheblich reduziert und die Prozessstabilität verbessert wird. Laut Schobertechnologies haben sich rotative Stanztechnologien als besonders effektiv erwiesen, wenn sie in Brennstoffzellen-Montagelinien integriert werden, da sie die Verarbeitung empfindlicher Membranen mit hoher Präzision und Wiederholgenauigkeit ermöglichen.
Das Unternehmen bietet sowohl Inline- als auch Offline-Rotationslösungen für die Veredelung von Bipolarplatten und Membranen an. Dazu gehören Prägewerkzeuge mit kundenspezifischen Musterdesigns für Bipolarplatten, für empfindliche Membranen optimierte Rotationsstanzsysteme und Stanzwerkzeuge, die mit austauschbaren Stempeln und Matrizen dichte Lochmuster erzeugen können. Darüber hinaus bietet Schobertechnologies kombinierte Werkzeugkonzepte an, die Präge- und Stanzfunktionen in einer einzigen Rotationseinheit integrieren und so die Prozessschritte und den Platzbedarf reduzieren.
Rotationssysteme für die Materialhandhabung
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Herstellung von Brennstoffzellen ist die Materialhandhabung. Rotationssysteme ermöglichen es, die Bahn während des gesamten Prozesses unter kontrollierter Spannung zu halten, wodurch Verformungen und Beschädigungen minimiert werden. Cut-and-Place-Module können einzelne Komponenten von der Bahn trennen und sie mit festen oder variablen Abständen präzise auf einem sich bewegenden Trägersubstrat platzieren. Dies ist besonders relevant für Szenarien mit hohen Produktionsmengen, in denen Automatisierung und Zykluszeit entscheidend sind.
Über einzelne Werkzeuge hinaus liefert Schobertechnologies auch modulare Rotationssysteme, die Kalander-, Präge-, Stanz- und Schneidefunktionen in einer einzigen Maschinenarchitektur vereinen. Diese Modularität ermöglicht es Herstellern, Produktionslinien an unterschiedliche Brennstoffzellendesigns oder zukünftige Produktgenerationen anzupassen, ohne den Prozess komplett neu zu gestalten.
Wachsende Bedeutung dieser Technologien
Aus Marktsicht wird die Bedeutung dieser Technologien weiter zunehmen. Die weltweiten Investitionen in Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien steigen weiter, angetrieben durch die Dekarbonisierungsziele im Verkehrs- und Industriesektor. Mit dem Übergang von Pilotprojekten zur Serienproduktion stehen die Hersteller unter dem Druck, die Produktion zu steigern und gleichzeitig Qualität und Kosteneffizienz zu gewährleisten. Kontinuierliche, bahnbasierte Prozesse gelten als wichtiger Faktor für diesen Übergang.
Um die Entwicklungs- und Industrialisierungsbemühungen zu unterstützen, betreibt Schobertechnologies ein Forschungs- und Entwicklungszentrum, das mit rotierenden Testwerkzeugen zum Prägen, Stanzen und Schneiden von Mustern ausgestattet ist. So können Kunden die Prozessfähigkeit bewerten und das Werkzeugdesign optimieren, bevor sie in die Serienproduktion gehen – ein wichtiger Faktor in einem Markt, in dem sich Materialien und Komponentenarchitekturen noch rasant weiterentwickeln.
Da Brennstoffzellentechnologien immer näher an den serienmäßigen Einsatz rücken, wird das Fertigungs-Know-how ebenso entscheidend sein wie die elektrochemische Leistung. Rotierende Verarbeitungslösungen bieten eine Möglichkeit, Präzision, Skalierbarkeit und schonende Materialhandhabung zu kombinieren – drei Anforderungen, die für die Umsetzung von Brennstoffzellenkonzepten in die industrielle Realität unerlässlich sind.