Über 100 Bauteile pro Minute: Wärmetauscher auf der Rolle

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) vergleichen drei Umformverfahren für die industrielle Fertigung metallischer Wärmetauscherplatten. Neben dem Hohlprägen und der Hochdruck-Blechumformung, auch Hydroforming genannt, entwickelt und untersucht das Institut das Hohlprägewalzen. Ziel ist es, die Verfahren hinsichtlich Bauteilqualität, Produktionsleistung und Wirtschaftlichkeit für unterschiedliche industrielle Anforderungen zu bewerten.

Metallische Wärmetauscherplatten benötigen präzise Kanalstrukturen, eine hohe Maßhaltigkeit und reproduzierbare Qualität. Gleichzeitig spielen Materialeinsatz, Investitionskosten und Ausbringungsleistung eine Rolle.

Beim Hydroforming wird das Blech mit hohem Druck gegen eine Werkzeuggravur geformt. Nach Angaben des IWU ermöglicht das Verfahren eine gute Ausformung der Kanalstrukturen und hohe Bauteilgenauigkeiten. Weil lediglich eine Werkzeuggravur erforderlich ist, können Werkzeugaufwand und Beschaffungszeiten reduziert werden. Das Institut hat zudem eine passive Variante des Verfahrens entwickelt, die mit vereinfachter Anlagentechnik und kürzeren Prozesszeiten auskommen soll.

Das Hohlprägen erfolgt diskontinuierlich in einer Presse und gilt laut IWU als etablierter Prozess für strukturierte Metallplatten. Das Verfahren basiert auf bestehenden Anlagenkonzepten und ist für die Serienfertigung ausgelegt.

Technologieoffene Bewertung für Unternehmen

Beim Hohlprägewalzen erfolgt die Umformung dagegen kontinuierlich zwischen rotierenden Formwalzen. Dadurch sollen die erforderlichen Umformkräfte sinken und höhere Produktionsraten möglich werden. Während mit konventionellen Verfahren bis zu 60 Bauteile pro Minute hergestellt werden können, prognostiziert das IWU für das Hohlprägewalzen Produktionsleistungen von mehr als 100 Bauteilen pro Minute.

Das Verfahren soll zudem kontinuierliche Fertigungsketten ermöglichen. Nach dem Hohlprägewalzen können die Bauteile direkt aus dem Band getrennt, gefügt und gestapelt werden, heißt es. Die Rede ist von einer Fertigungsarchitektur, „die vom Coil bis zur fertigen Wärmetauscherplatte reicht“.

Unternehmen können die drei Verfahren im Rahmen von Machbarkeitsstudien untersuchen lassen. Das Fraunhofer IWU nennt dafür Musterbauteile mit einer Breite von bis zu 30 Zentimetern, einer Länge von bis zu 1 Meter und Blechdicken von bis zu 0,5 Millimetern. Die Untersuchungen sollen Aussagen zur Umformbarkeit, Bauteilqualität, Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit für die Serienfertigung ermöglichen. Unternehmen sollen eine technologieoffene Bewertung der für ihre Anforderungen optimalen Fertigungsstrategie erhalten.

Wärmetauscherplatten finden vielfältige Anwendung. So etwa zur Übertragung von Wärme aus Fernwärmenetzen auf das Heizungswasser oder zur Wärmeübertragung zwischen verschiedenen Kreisläufen in Energieanlagen oder zur Nutzung von Prozesswärme in der Industrie. Zudem kommen sie in Wärmepumpen, Elektrolyseuren und Brennstoffzellen sowie in der Klima- und Kältetechnik zum Einsatz. (mf)