Überblick
Gesamtprojekt:
Entwicklung eines dualen Stackingkonzeptes und wasserstofffreier Prüfszenarien als Grundlage der Bereitstellung zukünftig erforderlicher Stückzahlen an BZ-Stacks
imk-Teilvorhaben:
Im Teilprojekt TP11 entwickelt imk digitale Planungsmethoden für die Planung und Anpassung von Reparatur- und Demontageprozessen, in Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.
Zuwendungsgeber:
RUBIN – Regionale unternehmerische Bündnisse für Innovation, gefördert vom BMBF
Förderkennzeichen:
03RU2U021K
Laufzeit:
01.08.2023 – 31.07.2026
Motivation
Derzeit verhindern hohe Produktionskosten den breiten Einsatz von Brennstoffzellen in Fahrzeugen und anderen Anwendungen. Besonders der Brennstoffzellen-Stack, in dem durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie erzeugt wird, stellt einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Durch den Einsatz günstigerer Materialien, eine höhere Leistungsdichte und eine effiziente Serienfertigung könnten die Produktionskosten erheblich gesenkt werden. Gleichzeitig müssen Reparatur und spätere Demontage berücksichtigt werden, um nachhaltige Produkte zu entwickeln und die Kosten über den gesamten Lebenszyklus zu senken.
Ziel des Vorhabens und Projektinhalt
Das regionale Bündnis „DuSwaP“ bringt 14 Partner in Sachsen zusammen, um innovative Lösungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Brennstoffzellen-Stackproduktion zu entwickeln. Von automatisiertem Stacking über Prozessüberwachung und wasserstoffarme Prüfung bis hin zur Demontage und Reparatur von Stacks – DuSwaP setzt auf zukunftsweisende Technologien, um die Kosten zu reduzieren und die Marktreife zu beschleunigen.
Ein Schwerpunkt liegt auf der Demontage und Reparatur von defekten oder alten Brennstoffzellen-Stacks. Ziel ist es, eine universelle, maschinentaugliche Lösung zu schaffen, die defekte Stacks effizient und kostengünstig repariert oder vollständig demontiert und in den Wertstoffkreislauf zurückführt. Dabei wird besonderer Wert auf die wirtschaftliche und ergonomische Gestaltung der Demontagebereiche und Arbeitsplätze gelegt, um flexibel auf sich ändernde Produktionsmengen reagieren zu können.
Forschungsschwerpunkte imk
Im Rahmen des Teilvorhabens TP 11 entwickelt imk Planungsmethoden zur (semi-)automatischen Anpassung und Planung der Demontage und Reparatur am Beispiel von Brennstoffzellen-Stacks. Dabei wird ein softwaretechnischer Demonstrator entwickelt, der zur Erweiterung der ema Software (ema-Demontage- & ema MRK-Module) dient. Hierdurch soll eine skalierbare Planung hybrider Arbeitsplätze, bei denen Mensch und Roboter direkt, zeitlich und aufgabenorientiert unter Berücksichtigung von ungeplanten Situationen möglich werden.
Schwerpunkte im imk-Teilprojekt sind:
- Ermittlung der Anforderungen, Randbedingungen, Operation der Demontage
- Funktionsentwicklung von ema-Verrichtungsbausteinen zur Definition von Demontage-Vorgängen
- Funktionsentwicklung erweiterter Kollisionsvermeidung, automatischer Demontage-Pfadplanung sowie Demontageprozessplanung zur Ableitung von Demontagevarianten und deren Bewertung
- Funktionsentwicklung zur automatischen Aufteilung der Aufgaben zwischen Mensch und Roboter
- Funktionsentwicklung zur Anpassung des Planungsstands auf Welt-Zustand und unvorhersehbare Zustände
Teilergebnisse
Durch eine umfassende Recherche und Praxiserfahrungen wurden Anforderungen an die demontagegerechte Gestaltung von Brennstoffzellen-Stacks definiert. Gemeinsam mit den DuSwaP-Partnern wurden Fertigungsprozesse und Funktionsprinzipien der Komponenten untersucht, um eine effiziente Montage- und Demontageplanung zu ermöglichen. Als Beispiel wird die Montage und Demontage des Open Source Stacks OSS050 1.0 der TU Chemnitz vorgestellt.
