Mit zusätzlichen Kurzhubzylindern kann die Presse während des Pressvorgangs Fertigungstoleranzen der Bipolarplatten ausgleichen und verhindert so eine seitliche Verschiebung innerhalb des Stacks. Bild: Graebener
Der Wasserstoffexperte Graebener weitet sein Produktportfolio aus und beliefert eines der renommiertesten Elektrolyse-Unternehmen mit seiner neuesten Innovation, der Stack-Presse.
Das über 100 Jahre alte Sondermaschinenbau-Unternehmen Graebener Maschinentechnik ist Spezialist für die Entwicklung von kundenindividuell gefertigten Anlagen. Mit seinem Geschäftsbereich Graebener Bipolar Plate Technologies ist es bereits 2003 in den Wasserstoffmarkt eingestiegen und hat sich seither weltweit einen Namen gemacht.
Fokus der Tätigkeiten von Graebener Bipolar Plate Technologies ist die Entwicklung von Technologien und Anlagen für die Fertigung von Brennstoffzellen- und Elektrolysekomponenten, wie der metallischen Bipolarplatte. Die neueste Entwicklung ist eine Presse, die im Herstellungsprozess von alkalischen Elektrolyseuren zum Einsatz kommt.
Elektrolyseure tragen einen wesentlichen Teil zur Energiewende bei, denn mit ihnen lässt sich Strom, vorzugsweise aus regenerativer Erzeugung, in Wasserstoff umwandeln. Dieser kann dann wiederum sehr vielfältig als grüne Energiequelle eingesetzt werden, beispielsweise zur Dekarbonisierung der Industrie. Das Herzstück eines jeden Elektrolyseurs ist sein Stack, der aus zu Hunderten übereinandergestapelter Einzel- oder Bipolarplatten besteht. Innerhalb dieser Stacks erfolgt dann die chemische Umwandlung von elektrischer Energie in Wasserstoff.
Als eines von wenigen Unternehmen weltweit bietet Graebener neben Einzelanlagen für das Formen, Schneiden, Schweißen und Richten von metallischen Einzel- und Bipolarplatten auch vollständige Linien zur serientauglichen Fertigung an: vom Coil bis hin zur geschweißten und dichtgeprüften Bipolarplatte. Dafür ist Graebener seit Langem bekannt. Die jüngst entwickelte Anlage kommt dagegen in einem späteren Produktionsschritt zum Einsatz, nämlich bei der Herstellung des eigentlichen Stacks.
Technologie zur Unterstützung von Stack-Prüfungen
Die Graebener Stack-Presse vereinfacht die technische Überprüfung am Ende des Fertigungsprozesses: Der aus einer Vielzahl an Platten bestehende, vormontierte Stack wird zunächst in die Maschine eingefahren und dort auf eine definierte Höhe zusammengedrückt, bis innerhalb des Stacks ein bestimmter Druck erreicht ist. Dieser Druck muss dann unverändert über mehrere Stunden aufrechterhalten werden. In dieser Zeit kann der Kunde alle notwendigen technischen Prüfungen durchführen. Diese sind nötig, um die volle Funktionsfähigkeit zu bestätigen. Sobald die Tests abgeschlossen sind, wird der Stack mittels Zugankern oder Bändern final montiert und der fertige Stack entnommen.
Präzision bei maximaler Sicherheit
Die Stack-Presse für Elektrolyseure verfügt über eine Kraft von 800 Tonnen. Sie kann Stacks mit einer maximalen Höhe von ca. 3,0 m, einem maximalen Durchmesser von 1,60 m und einem Gewicht von bis zu 12 Tonnen je Stack aufnehmen.
Um während des Betriebs Montagearbeiten bei maximaler Sicherheit zu gewährleisten, haben die Entwickler bewusst auf einen hydraulischen Antrieb verzichtet. Stattdessen drücken sechs servomotorisch angetriebenen Spindeleinheiten das Stack innerhalb der Presse zusammen. Diese werden im Gleichlaufverfahren betrieben. Das erlaubt eine besonders homogene Komprimierung des Stacks. Die maximale Presskraft je Spindeleinheit beträgt 150 Tonnen.
Die größte Herausforderung bestand in der Kompensation von herstellungsbedingten Stacktoleranzen. Diese Toleranzen sind unvermeidbar, lösen beim Zusammendrücken des Stacks aber Querkräfte aus, die wiederum zur Beschädigung des Stacks führen können. Um diese auszuschließen und eine gleichmäßige Druckverteilung innerhalb des Stacks aufzubauen, müssen diese Querkräfte während des Zusammendrückens des Stacks stetig ausgeglichen werden. Dies erledigen die Kurzhubzylinder der Stack-Presse die unter den sechs Spindelhubelementen sitzen und eine gleichmäßige Druckverteilung ermöglichen.
Als Sondermaschinenbauer entwickelt Graebener seine Anlagen stets anwendungsspezifisch und kundenindividuell. Schon früher hatte Graebener eine ähnliche Presse realisiert, damals jedoch für Brennstoffzellen-Stacks. Platten für alkalische Elektrolyseure – und somit auch deren Stacks – sind in der Regel jedoch um ein Vielfaches größer. Daher war die Konstruktion der aktuellen Anlage ungleich komplexer.
Über Graebener:
Graebener® Bipolar Plate Technologies ist Teil der Graebener® Maschinentechnik, eines familiengeführten Maschinenbau-Unternehmens mit Standorten in Netphen (Deutschland) und Houston (USA) sowie diversen internationalen Vertretungen. Als eines der ersten Unternehmen befasst sich Graebener® seit 20 Jahren mit der Forschung und Entwicklung von Fertigungsverfahren und Anlagen für Komponenten von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.
Das Unternehmen hat sich dem Ziel verschrieben, den Qualitätsstandard für Fertigungstechnologien zu schaffen. Dazu entwickelt es zukunftsweisende Verfahren und Anlagen. Sie helfen, Komponenten von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren, wie die metallische Bipolarplatte, passgenau, integrierbar, skalierbar und somit ökonomisch effizient herzustellen.
Dafür begleitet Graebener® alle strategisch wichtigen Schritte hin zur optimal ausgelegten Fertigungsanlage: Angefangen beim Engineering mit Blick auf Plattendesign und Anlagenkonzept über Prototyping und Kleinserienfertigung im hauseigenen Produktionslabor bis hin zur kundenindividuellen Fertigungsanlage oder -linie. Dabei fließen Erfahrungswerte aus mehr als 100 Jahren Metallverarbeitung und weltweiten kundenspezifischen Sonderlösungen in die ganzheitliche Entwicklungspartnerschaft mit dem Kunden ein.
