Mobilität erfahren – Zukunft entwickeln

ElringKlinger zu Gast bei einem Maschinenbau-Kolloquium

Der Diesel steht - vielleicht ganz zu Unrecht - schlecht da, viele Benziner gelten als zu durstig und das elektrische Fahren ohne schnell aufladen zu können, ist schwierig. Dennoch müssen die staatlich verordneten Reduktionen der Schadstoff- und Klimagas-Emissionen in Zukunft beachtet werden. In einem Kolloquium der Fakultät Maschinenbau der Hochschule Esslingen, moderiert von Prodekan Prof. Dr. Alexander Friedrich, Anfang November, informierte die Firma ElringKlinger AG 240 Studierende und Gäste über das Thema „Brennstoffzelle“ und „Batterie“.

Elektromobilität - Von der Vision zur Realität. Wie sieht die Mobilität der Zukunft aus?

Dr. Joachim Scherer, Head of Component Engineering, sprach zum Thema „High Performance Fuel Cell Stack Platforms For Commercial Vehicle Applications“. Im zweiten Teil des Vortrages referierte Michael Grotz, Director Sales Product Line Battery, über die „ElringKlinger Battery Competence“.

Dr. Scherer präsentierte zu Beginn seines Vortrages das Unternehmen ElringKlinger mit Hauptsitz in Dettingen/Erms. Die ElringKlinger AG, gegründet 1879, ist ein global tätiger Automobilzulieferer mit starker Bindung zur Gründerfamilie. Als führender Lieferant und Entwicklungspartner der Automobilhersteller erzielt ElringKlinger unter anderem mit High-Tech-Dichtungslösungen, Abschirm- und Leichtbaukomponenten beachtliche jährliche Wachstumsraten. Gerade durch die langfristige Ausrichtung auf die Zukunft der Automobilindustrie, hat sich ElringKlinger im Bereich der E-Mobility mit der Entwicklung und Herstellung von Batterien und Brennstoffzellenstacks eine anerkannt führende Position erarbeitet.

In einer Brennstoffzelle (englisch „Fuel Cell“) wird durch die kontrollierte, elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Luftsauerstoff, gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Gegenüber eines Verbrennermotors wird ein ein deutlich höherer Wirkungsgrad erzielt, wobei ausschließlich Wasser als „Abgas“ das Fahrzeug verlässt. Die Betankungszeit von Brennstoffzellenfahrzeugen bleibt sowohl bei PKWs als auch bei schweren LKWs bei den heute üblichen Zeiten im Bereich von 5 bzw. 15 Minuten. Auch bei den realen Reichweiten der Brennstoffzellenfahrzeuge müssen sich die Nutzer ebenfalls kaum umgewöhnen, da die Effizienz des Antriebs und die, in den 700 bar Hochdrucktanks gespeicherte Wasserstoffmenge, einen PKW über 600 Kilometer und einen 40-Tonner weit über 1000 Kilometer weit fahren lässt. Gerade in den letzten Jahren richten sich weltweit sowohl Automobil- als auch LKW-Hersteller, begleitet durch die Gesetzgebung und Wasserstoffstrategien der einzelnen Länder, verstärkt auf den elektrifizierten Antriebsstrang mit Brennstoffzellen aus.

Dr. Scherer zeigte in seiner Präsentation die dazu passende, zeitliche und produktorientierte Entwicklung der Brennstoffzellentechnologie bei ElringKlinger seit dem Jahr 2000 auf. Er präsentierte zudem die neuesten Stapelarchitekturen, deren Bestandteile und Leistungsvermögen sich von 30 bis über 200 Kilowatt erstrecken. Danach erläuterte er am Beispiel des Leistungsprofils eines LKWs, der den Brennerpass überquert, welche Anforderungen und Hürden zukünftig gemeistert werden müssen: Die immer anspruchsvollere Reduktion der CO2-Werte für Nutzfahrzeuge (Erlass der EU, April 2019) und die dynamischen Belastungen des hybridisierten Antriebsstrangs im Fahrbetrieb. Danach beschrieb er die daraus entstehenden Anforderungen an die Brennstoffzelle und die Batterie im Fahrzeug. Um die heute bekannten LKW mit Dieselmotoren gleichwertig zu ersetzen, müssen neben äquivalenter Reichweite und schneller Betankung, zum Beispiel auch die Fähigkeit eines schnellen Froststarts mit Wasserstoffantrieben problemlos möglich sein. Die von Dr. Scherer gezeigten Ergebnisse des wiederholten Starts eines 100 Kilowatt Brennstoffzellenmoduls von -20 Grad stellen klar, dass es ohne Weiteres möglich ist, den Stapel binnen 30 Sekunden ohne zusätzliche Vorheizung aufzutauen und zum Fahrzeugantrieb zu nutzen. Die von ElringKlinger entwickelten Stackmodule sind somit bestens gerüstet, um den Markthochlauf der Brennstoffzellenfahrzeuge zu unterstützen. Die Großserienfertigung der Komponenten und Stacks wird zur Zeit am Standort Dettingen vorbereitet.

Michael Grotz, Director Sales Product Line Battery, referierte im zweiten Teil des Vortrages über die Batterie-Technologie bei der ElringKlinger AG. Er sprach über den Aufbau einer Batteriezelle (Can & Cap) und stellte deren Elemente vor. Danach zeigte er auf, wie ein Verbund solcher Batteriezellen aufgebaut sein kann und welche Aufgaben die Steuereinheit in der Batterie (Battery Management) übernimmt. Beindruckend war, wie tief ElringKlinger bereits im Bereich der Batterie aufgestellt ist. Von unterschiedlichen Komponenten der Zelle, Zellkontaktiersystemen, Batteriemanagementsystemen, Batteriemodulen auf Basis von prismatischen oder zylindereschen Zellen, bis hin zum gesamten Batteriesystem. Des Weiteren wurde die Kompetenz im Bereich der Entwicklung aus den Bereichen Simulation, Validierung und Testfeld vorgestellt. Hier hat ElringKlinger die Möglichkeiten entwicklungsbegleitende Fragestellungen zu Kundenfahrprofilen, Alterung von Zellen, Zellwachstum mit unterschiedlichsten Ansätzen aus Simulation und realen Versuchen auf Zell-, Modul- und Systemebene zu beantworten. Zum Schluss zeigte Herr Grotz, wie bereits im Musterbau seriennahe Prozesse für Komponenten und Systeme zum Einsatz kommen. Im Hochlauf befindet sich eine voll automatisierte Produktionsanlage für Batteriemodule mit intergierten Sicherheitsvorkehrungen für die Batterieproduktion.

Das rege Interesse der Teilnehmer in der Fragerunde zeigte, wie präsent und wichtig der Wandel zur Elektromobilität ist. In der intensiven Diskussion zu den Themen E-Fuels und dem Aufbau der Lade- bzw. Wasserstoffinfrastruktur wurde zudem deutlich, dass es zukünftig nicht ausschließlich eine Lösung geben wird, sondern dass es für die unterschiedlichen Nutzerprofile (PKW) und die jeweiligen Anwendungen (LKW) die passende Antriebsvariante geben wird.

Weitere Informationen

Als weltweit aufgestellter, unabhängiger Zulieferer ist die ElringKlinger-Gruppe ein starker und verlässlicher Partner der Automobilindustrie. Ob Pkw oder Nkw, ob Verbrennungsmotor, Hybridtechnik oder Elektromotor – bietet sie für alle Antriebsarten innovative Produktlösungen an und trägt so zu nachhaltiger Mobilität bei.

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Christiane Rathmann
M.A. Christiane Rathmann