Das Fraunhofer IWU rückt die wirtschaftliche Großserienfertigung metallischer Wärmetauscherplatten in den Fokus. Das Institut untersucht und qualifiziert dafür drei Umformverfahren: Hohlprägen, Hochdruck-Blechumformung und Hohlprägewalzen. Ziel ist eine technologieoffene Bewertung, welche Fertigungsstrategie für bestimmte Bauteilgeometrien, Stückzahlen und Prozessketten geeignet ist.
Für Hersteller von Wärmetauschern ist das Thema vor allem wegen steigender Effizienzanforderungen, höherer Produktionsvolumina und zunehmenden Kostendrucks relevant. Gefragt sind filigrane Kanalstrukturen, hohe Maßhaltigkeit und reproduzierbare Qualität – bei gleichzeitig wirtschaftlichen Investitions- und Stückkosten.
Drei Verfahren für strukturierte Metallplatten
Die Hochdruck-Blechumformung eignet sich laut Fraunhofer IWU besonders für eine genaue Ausformung von Kanalstrukturen. Da nur eine Werkzeuggravur benötigt wird, können Werkzeugaufwand und Beschaffungszeiten reduziert werden. Eine am Institut entwickelte passive Hochdruck-Blechumformung soll zudem die Anlagentechnik vereinfachen und Prozesszeiten verkürzen.
Das Hohlprägen gilt derzeit als etablierte Referenz für strukturierte Metallplatten. Das Verfahren wird industriell eingesetzt, bietet hohe Prozesssicherheit und lässt sich mit bestehenden Anlagenkonzepten für die Serienfertigung nutzen.
Den stärksten Produktivitätsschub erwartet das Fraunhofer IWU beim Hohlprägewalzen. Dabei erfolgt die Umformung nicht diskontinuierlich in einer Presse, sondern kontinuierlich zwischen rotierenden Formwalzen. Diese Prozessführung kann die erforderlichen Umformkräfte senken und höhere Ausbringungsleistungen ermöglichen.
Hohlprägewalzen mit Potenzial für hohe Stückzahlen
Nach Angaben des Instituts lassen sich mit konventionellen Verfahren bis zu 60 Bauteile pro Minute realisieren. Für das Hohlprägewalzen prognostiziert Fraunhofer IWU Produktionsleistungen von deutlich über 100 Bauteilen pro Minute. Für Anwendungen mit hohen Stückzahlen könnte das Verfahren damit wirtschaftlich interessant werden.
Die kontinuierliche Fertigung ist insbesondere für automatisierte Prozessketten relevant. Kompaktere Anlagenkonzepte, effizienter Materialeinsatz und niedrigere Stückkosten gelten als zentrale Argumente. Entscheidend ist dabei nicht nur der Umformprozess selbst, sondern seine Einbindung in eine durchgängige Fertigungslinie.
Vom Coil zur fertigen Wärmetauscherplatte
Das Fraunhofer IWU verfolgt einen integrierten Ansatz: Nach dem kontinuierlichen Hohlprägewalzen sollen die Bauteile direkt aus dem Band getrennt, gefügt und gestapelt werden können. Damit entsteht eine Prozesskette vom Coil bis zur fertigen Wärmetauscherplatte.
Für den industriellen Maßstab kann eine solche Rolle-zu-Rolle-Architektur den Handhabungsaufwand reduzieren und Produktionszeiten verkürzen. Gleichzeitig lassen sich Investitionskosten pro Bauteil besser bewerten, weil mehrere Prozessschritte in eine automatisierte Linie integriert werden können.
Erfahrungen aus Brennstoffzellen und Elektrolyseuren
Die technologische Basis stammt aus Forschungs- und Entwicklungsarbeiten des Fraunhofer IWU zu metallischen Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure. Dort stehen ähnliche Anforderungen im Mittelpunkt: präzise Kanalstrukturen, dünnwandige Edelstahlbänder, geringe Umformkräfte, hohe Produktionsraten und robuste Prozessketten.
Diese Erfahrungen lassen sich laut Institut auf Wärmetauscherplatten übertragen. Besonders relevant sind die Auslegung komplexer Strömungsstrukturen und die Entwicklung kontinuierlicher Fertigungsprozesse für dünne Metallbänder.
Machbarkeitsstudien für Industriepartner
Unternehmen können die Verfahren gemeinsam mit dem Fraunhofer IWU anhand von Musterbauteilen bewerten. Machbarkeitsstudien sind laut Institut für Bauteile mit einer Breite bis etwa 30 Zentimeter, einer Länge bis zu 1 Meter und Blechdicken bis 0,5 Millimeter möglich.
Untersucht werden dabei unter anderem:
- die Umformbarkeit der jeweiligen Geometrie,
- die erreichbare Bauteilqualität,
- die Wirtschaftlichkeit möglicher Prozessketten,
- die Skalierbarkeit in Richtung Serienfertigung.
Für die Branche ist vor allem die vergleichende Betrachtung der Verfahren relevant. Sie ermöglicht eine Einordnung, ob etablierte Pressverfahren ausreichen oder ob kontinuierliche Prozesse wie das Hohlprägewalzen bei künftigen Stückzahlen wirtschaftliche Vorteile bieten können.
Weitere Informationen finden Sie unter https://www.iwu.fraunhofer.de/.
Quelle: Fraunhofer IWU