Autonome Transportsysteme für die Elektrolyseurfertigung

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Bild 1: AMR mit Schaltschrank in der Verkabelungszelle. © Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS)

Die aktuelle Nationale Wasserstoffstrategie Deutschlands (NWS) zielt auf den Aufbau von mindestens 10 Gigawatt Elektrolysekapazität bis zum Jahr 2030 ab. Um dieses ambitionierte Ziel zu erreichen, müssen Elektrolyseure effizient und kostengünstig in Serie produziert werden können. Derzeit erfolgt die Herstellung von Elektrolyseuren jedoch größtenteils in Handarbeit, was zeitaufwändig, kostenintensiv und fehleranfällig ist. Das H2Giga-Projekt FertiRob fokussiert sich auf die Entwicklung und Erprobung von Automatisierungslösungen für die (teil-)automatisierte Serienfertigung von Elektrolyseuren. Ziel ist es, Herstellung und Montage von Elektrolyseuren und ihren Stacks durch modulare, flexible und skalierbare Produktionsanlagen deutlich effizienter zu gestalten. FertiRob vereint 16 Partner aus Industrie und Forschung, die gemeinsam digitale Zwillinge, innovative Fertigungstechnologien sowie Demonstrationsanlagen entwickeln und erproben, um eine qualitativ hochwertige und effiziente Elektrolyseurproduktion im Gigawattmaßstab zu ermöglichen.

Innovative Werkstückträger: Spezielle Werkstückträger sind für den sicheren Transport von Schaltschränken und Elektrolyseurkomponenten entwickelt worden. Diese ermöglichen eine lagegenaue Bereitstellung der Bauteile und sorgen für einen effizienten Materialfluss in der automatisierten Fertigung

Matrixproduktion und Flottenmanagement

Das implementierte Förderkonzept mit AMRs ermöglicht eine Matrixproduktion, die sich durch hohe Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Resilienz auszeichnet. Im Gegensatz zu klassischen Fertigungsstraßen können so verschiedene Produktvarianten und Stückzahlen effizient realisiert werden. In unserem Anwendungsfall verbinden die mobilen Roboterplattformen das Lager, die Verkabelungszelle und die Montagezelle des Elektrolyseurs. Im Lager werden die benötigten Bauteile auf die Werkstückträger der AMRs geladen. Die Plattformen transportieren diese zur Verkabelungszelle und docken an die Präzisionsdockingstation an. Bild 1 zeigt den AMR mit einem Schaltschrank auf dem Werkstückträger, während zwei Industrieroboter den vollautomatisierten Verkabelungsprozess einleiten.

Die Montagezelle ist auf die Endmontage des Elektrolyseurs spezialisiert. Auch hier bringt ein AMR die modularen Komponenten, wie Stacks, Gasabscheider oder vorkonfektionierte Rohre, zum Demonstrator. In Bild 2 ist zu sehen, wie der AMR mit bestücktem Werkstückträger an der Zelle steht und ein Industrieroboter eines der Bauteile aufnimmt, um es in den Elektrolyseur zu verbauen. Das Flottenmanagement steuert die parallele und effiziente Zusammenarbeit der AMRs, sodass beide Roboter ohne längere Stillstandszeiten an der Produktion beteiligt sind. Bei steigendem Bedarf lässt sich die Flotte unkompliziert erweitern, was die Skalierbarkeit des Systems unterstreicht.

Ergebnisse und Ausblick

Das H2Giga-Projekt FertiRob hat die Demonstratoren integriert und bereits mehrfach vorgeführt. Das flexible Förderkonzept für die Produktion von Elektrolyseuren konnte erfolgreich validiert werden. Die entwickelten Automatisierungslösungen zeigen, wie die Skalierbarkeit der Elektrolyseurproduktion maßgeblich unterstützt werden kann, was einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leistet. Die im FertiRob-Projekt entwickelten Ansätze für intelligente Transportsysteme haben zudem Potenzial für zahlreiche andere Anwendungsfelder in der industriellen Produktion. Mit der fortschreitenden Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft und dem Ausbau der Elektrolyseurproduktion werden die erarbeiteten Konzepte und Technologien einen wesentlichen Beitrag zur Industrialisierung und Hochskalierung der Wasserelektrolyse leisten – eine Voraussetzung, um Grünen Wasserstoff im Gigawatt-Maßstab wirtschaftlich herstellen zu können.

Das H2Giga Projekt FertiRob wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Kennzeichen 03HY113A gefördert.

Sezer Şahan, Idris Yorgun, Bernd Kuhlenkötter, LPS, Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS)