24. Oktober 2023 | Der Wasserstoffexperte Graebener weitet sein Produktportfolio mit einer neuen Stack-Presse für Elektrolyseur-Hersteller aus.
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.
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.
Graebener bietet 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. 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 Stack-Presse unterstützt die technische Prüfung von Elektrolyse-Stacks am Ende deren 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 wird der Stack kundenseitig und mit Hilfe weiterer Verfahren allen notwendigen technischen Prüfungen unterzogen. Diese sind nötig, um seine volle Funktionsfähigkeit zu bestätigen. Sobald die Tests abgeschlossen sind, wird der Stack mittels Zugankern oder Bändern final montiert und der fertige Stack entnommen.
Die Stack-Presse für Elektrolyseure verfügt über eine Kraft von 800 t und 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 t je Stack aufnehmen.
Um während des Betriebs Montagearbeiten bei maximaler Sicherheit gewährleisten zu können, wurde bewusst auf einen hydraulischen Antrieb verzichtet. Stattdessen erfolgt das Zusammendrücken des Stacks innerhalb der Presse mittels sechs servomotorisch angetriebenen Spindeleinheiten. Diese werden im Gleichlaufverfahren betrieben und ermöglichen damit eine besonders homogene Komprimierung des Stacks. Die maximale Presskraft je Spindeleinheit beträgt 150 t.
Die größte Herausforderung bestand in der Kompensation von herstellungsbedingten Stacktoleranzen. Stacktoleranzen 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 erfolgt über Kurzhubzylinder, 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. Da Platten für alkalische Elektrolyseure – und somit auch deren Stacks – in der Regel jedoch um ein Vielfaches größer sind, war die Konstruktion der aktuellen Anlage ungleich komplexer.