Dichtheitsprüfungen als Serviceleistung für Bipolarplatten

25. März 2025 | Pressemitteilungen

From lab to fab – ZELTWANGER hat skalierbares Prüfequipment für Bipolarplatten, Batteriezellen & Co. im Angebot

Die ZELTWANGER Leaktesting & Automation GmbH entwickelt und fertigt Lösungen für Dichtheitsprüfungen von Bipolarplatten, Brennstoffzellenstacks, Batteriezellen und -packs u. a. m. Das Tübinger Unternehmen bietet darüber hinaus einen Prüfservice für diese Art Produkte an, der als schlanker Einstieg in die Serienproduktion genutzt werden kann.

Die steigende Verbreitung von Fahrzeugen mit Brennstoffzellen- und Elektroantrieben sorgt dafür, dass auch Lösungen für Dichtheitsprüfungen verstärkt nachgefragt werden. Denn wo Wasserstoff oder Elektrolyte Verwendung finden, ist Dichtheit ein unverzichtbares Qualitäts- und Sicherheitsmerkmal. Zwei typische Bauteile sind Bipo-larplatten und Batteriezellen. Diese werden zu Brennstoffzellenstacks oder Batteriepacks zusammengebaut und in großen Stückzahlen gefertigt.

Zunehmend engagieren sich die verschiedensten Unternehmen im Bereich der Elektromobilität, um sich Marktanteile in diesem wachsenden Segment zu sichern. Doch die im Entwicklungs- und Fertigungsprozess notwendigen Dichtheitsprüfungen sind zunächst einmal eine Hürde, da ein entsprechendes Hightech-Equipment und spezielles Knowhow notwendig sind. Aus diesem Grund bietet ZELTWANGER, führender Hersteller von Dichtheitsprüftechnik und deren Automatisierung, neuerdings die Prüfung von Prototypen und Kleinserien als Serviceleistung an. „Wir begleiten unsere Kunden from lab to fab, d. h. von den ersten Musterbauteilen bis in die Serienferti-gung. Unser Testing-as-a-Service Angebot ermöglicht es ihnen, die Machbarkeit ihres Produkts zu evaluieren. Dadurch lassen sich Kosten und Risiko in der Anlaufkurve drastisch reduzieren“, präzisiert Jochen Kober, Industry Manager E-Mobility bei ZELTWANGER. Entscheidet sich der Kunde für die Markteinführung des Produkts, bietet ZELTWANGER ein skalierbares Anlagenkonzept für die eigenständige Fortführung der Prüfprozesse. Die Prüfstationen können zunächst manuell oder halbautomatisch betrieben und später, bei steigenden Stückzahlen, vollautomatisiert und verkettet werden. Der Experte hält dabei fest: „Nach der Validierung in der Prototypenphase muss nicht nochmals für die Serie nachvalidiert werden. Prüfwerkzeug und Prozess lassen sich problemlos auf andere Anlagen transferieren.“ Der Service der Tübinger nimmt dem Bauteilhersteller die Validierung also vollständig ab.

Das Prüfwerkzeug ist neben der Prüfstation die zentrale Komponente. Es besteht zumeist aus Ober- und Unterteil, auch Stempel können vorhanden sein. Beim Prüfvorgang werden beide Hälften zusammengepresst, gleichzeitig wird das Werkstück mit dem Druck des Prüfmediums beaufschlagt. Wichtig: Das Werkzeug muss sich von allen Seiten exakt an das Bauteil anschmiegen, um Verformungen zu unterbinden. Alle Werkzeugteile werden daher individuell und mit höchster Genauigkeit gefertigt.

Darüber hinaus wählt ZELTWANGER für den Kunden das passende Prüfverfahren aus. Bei einfacheren Prüfungen, beispielsweise zur Grobaussage über das Schweißergebnis, kommen effiziente Verfahren wie die Druckänderungsmessung mittels Luft zum Einsatz. Geht es hingegen darum, kleinste Lecks festzustellen, werden Prüfverfahren mit Nachweisgasen wie Helium genutzt.
Mit letzterem ist es möglich, Leckraten bis 1 x 10-6 mbar l/s nachzuweisen. In diesen Regionen zählt das Massenspektrometer nur noch einzelne Moleküle. Dass so geringe Mengen des Nachweisgases den Weg durch das Material finden, liegt an den Produkti-onsprozessen wie Prägen oder Schweißen. Diese können feinste Mikrorisse verursachen. Bei graphitischen Bipolarplatten kann das Grundmaterial bereits über Mikrorisse verfügen. Angesichts derartig kleiner Leckage-Mengen ist die Frage nach der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse berechtigt. „Für zuverlässige Tests ist es wichtig, dass keine Moleküle des Nachweisgases im Prüfsystem verbleiben. Das ist eine Herausforderung, die viel Hightech erfordert, die wir aber gut im Griff haben“, so Jochen Kober.

Begriffsklärung

Bipolarplatten sind Schlüsselbauteile in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren. Sie leiten den Strom zwischen den Zellen und verteilen die Reaktantien Wasserstoff und Sauerstoff. Hinzu kommt eine Kühlfunktion. Die meisten Bipolarplatten werden aus dünnem Blech bzw. Folie (Edelstahl, Aluminiumlegierungen, Titan) gefertigt. Ein anderer Werkstoff ist Graphit. Die Herstellung der metallischen Varianten erfolgt durch klassische Umformverfahren oder Hydroforming. Dabei werden auch die Kanäle für die Gasverteilung eingebracht, welche den Platten die typische Optik verleihen. Eine Bipolarplatte besteht aus zwei Hälften, die in der Regel mit dem Laser verschweißt werden. Im Innern fließt später das Kühlmedium. Die Reaktantien strömen entlang der Kanäle auf den Außenseiten.

Bildmaterial

Bild 1: Beispielbauteil Bipolarplatte

Bild 2: Prüfanlage, Jochen Kober

Bipolarplatten Prüfanlage mit Person — Jochen Kober, Industry Manager E-Mobility bei ZELTWANGER vor einer Station für Dichtheitsprüfungen: „Wir begleiten unsere Kunden ‚from lab to fab’, d. h. von den ersten Musterbauteilen bis in die Serienfertigung.“ Bild: ZELTWANGER

Bild 3: Prüfanlage

Bipolarplatten Prüfanlage — Die Stationen von ZELTWANGER für Dichtheitsprüfungen können manuell betrieben oder automatisiert werden. Auch ihre Verkettung ist möglich. Bild: ZELTWANGER

Über ZELTWANGER

ZELTWANGER wurde 1982 in Dußlingen bei Tübingen als Hersteller von Maschinenbauteilen gegründet. Heute besteht das Unternehmen aus acht in einer Holding-Struktur organisierten Gesellschaften, der Hauptsitz ist Tübingen. Weitere Standorte befinden sich in Tschechien, USA und China. Der Zahl der Beschäftigten liegt weltweit bei 470. Der Umsatz der Unternehmensgruppe beläuft sich auf rund 81 Mio. EUR (2023).

ZELTWANGER konzentriert sich aktuell auf die drei Geschäftsfelder Auftragsfertigung, Dichtheitsprüfung und Thermomanagement. In allen Geschäftsfeldern zählt ZELTWANGER zu den führenden Anbietern. Ein zentraler Aspekt der Unternehmensphilosophie besteht darin, vertrauensvolle Partnerschaften zu pflegen und gemeinsam nachhaltige Innovationen voranzutreiben.