Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Ziel des Projektes FLAMMI ist der Aufbau und der Betrieb einer vollautomatischen Pilotanlage, die als Basis für eine spätere Serienanlage für Flachmembranbefeuchter dient.
Fertigungssystemplanung für die Großserienfertigung neuartiger Wasserstofftechnologien mit der MAHLE Filtersysteme GmbH und Schnaithmann Maschinenbau GmbH
In Kürze
Flachmembranbefeuchter kosteneffizient für die Automobilindustrie herzustellen – das war das Ziel des Projekts FLAMMI. Gemeinsam haben das Fraunhofer IPA, die MAHLE Filtersysteme GmbH und die Schnaithmann Maschinenbau GmbH ein wirtschaftliches Fertigungskonzept entwickelt. Die vollautomatische Pilotanlage, basierend auf diesem Konzept, dient nun als Blaupause für die Serienproduktion in der Automobilindustrie. Innerhalb kürzester Zeit hat die Schnaithmann Maschinenbau GmbH die Pilotanlage entwickelt, die eine beeindruckende Produktionskapazität von bis zu 20.000 Einheiten pro Jahr erreicht. Die MAHLE Filtersysteme GmbH hat die Anlage erfolgreich in Betrieb genommen. Das Fraunhofer IPA unterstützte maßgeblich in der Konzeptphase, der Technologierecherche und der datengestützten Optimierung während des Hochlaufes der Pilotanlage.
Im Detail
Um Nutzfahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb in Großserien herstellen zu können, bedarf es neuer Fertigungs- und Handhabungsprozesse für Flachmembranbefeuchter-Module. Diese Module verbessern den Wirkungsgrad und die Lebensdauer von Wasserstoff-Brennstoffzellen, indem sie die zugeführte Luft zuverlässig befeuchten.
Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekt FLAMMI untersuchte und entwickelte das Fraunhofer IPA gemeinsam mit der MAHLE Filtersysteme GmbH und der Schnaithmann Maschinenbau GmbH ein kosteneffizientes Fertigungskonzept für Flachmembranbefeuchter. Ziel war der Aufbau einer vollautomatischen Pilotanlage als Basis für eine spätere Serienanlage. Diese Pilotanlage wurde von Schnaithmann entwickelt und bei der MAHLE Filtersysteme GmbH in Betrieb genommen.
Um passende Lieferanten und Technologieanbieter zu finden, führten die Expertinnen und Experten der Gruppen Fertigungssystemplanung und Sägetechnologien des Fraunhofer IPA eine Technologierecherche zu den relevantesten Prozessschritten durch. Zur Validierung wurden Machbarkeitsuntersuchungen am Fraunhofer IPA oder bei Technologiepartnern durchgeführt.
Die Ergebnisse der Analysen wurden auf wissenschaftlichen Fachkonferenzen veröffentlicht (https://doi.org/10.15488/15243, https://doi.org/10.15488/17711, https://doi.org/10.15488/17728).
Bei allen Untersuchungen wurden Änderungen am Produktdesign zur Vereinfachung einer Automatisierungslösung (Design for Manufacturing & Design for Automation) berücksichtigt.
Auf Basis der Ergebnisse der Technologierecherche konnte die Firma Schnaithmann die Pilotanlage trotz der Folgen der Corona-Krise und der stetigen Änderungen im Produkt- und Technologiekonzept schnell aufbauen. In der Pilotanlage wurden auch die Vorgaben des Fraunhofer IPA hinsichtlich der datengestützten Produktionssysteme umgesetzt. Durch diese Ansätze zur datengetriebenen Optimierung wurde die Gesamtanlageneffektivität verbessert, indem Optimierungspotenziale in Bezug auf die Verfügbarkeit, der Taktzeiten und der Produktqualität erhoben wurden.
Die Pilotanlage wurde erfolgreich bei MAHLE Filtersysteme in Betrieb genommen, wo Demonstratoren der Flachmembranbefeuchter hergestellt und validiert wurden. Das Produktkonzept konnte im Zusammenspiel mit dem Brennstoffzellensystem erfolgreich bestätigt werden.
Als Gesamtergebnis des Projektes wurde eine Pilotanlage entwickelt und in Betrieb genommen, die Demonstratoren von Flachmembranbefeuchtern herstellen kann. Zukünftig soll die Anlage flexibel für weitere Forschungsanwendungen genutzt werden. Dies ermöglicht gemeinsame Forschungsaktivitäten wie die von MAHLE Filtersysteme GmbH bereits gestarteten Untersuchungen zu neuen Materialkombinationen zur Steigerung der Nachhaltigkeit umzusetzen.
Zitat des Kunden
»Die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzellentechnologie soll durch den Einsatz von automatisierten Fertigungsverfahren und die Digitalisierung des Produktionsprozesses gefördert werden. Mit dem Fraunhofer- Institut für Produktionstechnologie und Automatisierung (IPA) verfügt das Konsortium hierfür über einen starken Partner aus der Wissenschaft. Mit der Industrialisierung des Flachmembranbefeuchters leistet das Konsortium einen wichtigen Schritt für einen raschen Markthochlauf der Brennstoffzelletechnologie, baut Kompetenzen zur Zukunftstechnologie in Wirtschaft und Forschung auf und sichert Wertschöpfung am Standort Deutschland.«
Aleksandar Radlovic, Development Engineer, MAHLE Filtersysteme GmbH
»Mit erfolgreichem Abschluss des Projekts FLAMMI konnte erneut die Forschungs- sowie Innovationskraft am hiesigen Wirtschaftsstandort gezeigt und ein Produkt im Bereich der Brennstoffzellentechnologie erzeugt werden, dass für zukünftige Themenfelder eine wichtige Rolle spielen wird. Durch den partnerschaftlichen Einsatz des Konsortiums bestehend aus dem Fraunhofer-IPA, der Firma Mahle und der Firma Schnaithmann konnte das Innovationsprojekt auch in volatilen wirtschaftlichen Zeiten sehr gut und zielgerichtet durchgeführt werden.«
Niklas Reitinger, Leiter Projektmanagement, Schnaithmann Maschinenbau GmbH