DE102012014756A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden zumindest zweier Bestandteile einer Brennstoffzelle - Google Patents

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Christian Wulff
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden zumindest zweier Bestandteile (B1, B2) einer Brennstoffzelle mittels Klebstoff (1). Erfindungsgemäß wird der Klebstoff (1) mittels eines Siebdruckverfahrens auf zumindest einen vorgegebenen Bereich wenigstens eines Bestandteiles (B1, B2) direkt aufgebracht und anschließend zumindest zur Anpassung seiner Viskosität und/oder zur Aktivierung des Klebstoffes (1) bestrahlt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden zumindest zweier Bestandteile einer Brennstoffzelle mittels Klebstoff.
  • Aus der DE 102 51 775 A1 ist ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Plattenelementen einer Brennstoffzelleneinheit bekannt. Dabei wird ein strahlungsaktivierbares Klebemittel auf mindestens eines der mindestens zwei Plattenelemente aufgebracht. Das Klebemittel wird während einer vorbestimmten Zeitdauer bestrahlt und die mindestens zwei Plattenelemente in der gewünschten Fügeposition angeordnet und unter Druck- und/oder Wärmeeinwirkung gefügt. Das Verfahren wird z. B. bei der Herstellung von Brennstoffzellenstapeln verwendet.
  • Darüber hinaus ist aus der DE 10 2010 033 724 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Klebstoffes auf Brennstoffzellenbauteile bekannt. Der Klebstoff wird zumindest in einem Arbeitsgang auf einen Transferkörper appliziert und wird anschließend von dem Transferkörper an vorgegebenen Positionen auf zumindest eines der Brennstoffzellenbauteile übertragen. Zudem beschreibt die DE 10 2010 033 724 A1 eine Vorrichtung, mittels welcher der Klebstoff auf ein Brennstoffzellenbauteil aufbringbar ist. Die Vorrichtung zeichnet sich durch zumindest eine Applikationseinheit zum Aufbringen des Klebstoffes auf einen Transferkörper aus.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Verbinden von zumindest zwei Bestandteilen einer Brennstoffzelle anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Verfahren zum Verbinden zweier Bestandteile einer Brennstoffzelle mittels Klebstoff sieht erfindungsgemäß vor, dass der Klebstoff mittels eines Siebdruckverfahrens auf zumindest einen vorgegebenen Bereich wenigstens eines Bestandteiles direkt aufgebracht wird und anschließend zumindest zur Anpassung seiner Viskosität und/oder zur Aktivierung des Klebstoffes bestrahlt wird.
  • Da der Klebstoff erfindungsgemäß im Siebdruck auf zumindest einen vorgegebenen Bereich wenigstens eines Bestandteiles der Brennstoffzelle aufgebracht wird, ist es in Gewinn bringender Weise möglich, eine Taktzeit zur Herstellung von Brennstoffzellen zu erhöhen. Der Klebstoff wird mittels des Siebdruckverfahrens direkt maschinell auf die vorgegebenen Bereiche aufgebracht, so dass eine manuelle Handhabung zur Beschichtung des zumindest einen Bestandteiles mit dem Klebstoff und dadurch bedingte Fehler im Wesentlichen ausgeschlossen werden können.
  • Darüber hinaus kann eine Änderung einer Geometrie des zumindest einen vorgegebenen Bereiches, auf welchen der Klebstoff aufgebracht werden soll, vergleichsweise schnell, einfach und ohne hohen Kostenaufwand realisiert werden.
  • Mittels des Aufbringens des Klebstoffes durch Siebdruck kann Material, insbesondere Klebstoff, eingespart werden, da der Klebstoff nur in den vorgegebenen Bereichen auf den Bestandteil aufgebracht wird. Der Klebstoff kann dickenvariabel und selektiv mittels des Siebdruckverfahrens aufgebracht werden. Daraus können dünnere Klebeverbindungen und dadurch dünnere Brennstoffzellen resultieren, so dass innerhalb des vorgegebenen begrenzten Bauraums eine größere Anzahl Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel angeordnet werden kann. Die Variabilität in der Dicke kann z. B. mit Hilfe verschiedener unterschiedlich dicker Siebe erreicht werden. Es kann aber auch ein mehrstufiger Aufbring-Prozess vorgesehen sein, bei dem in den einzelnen Stufen verschiedene Siebe mit unterschiedlichen Dicken eingesetzt werden.
  • Weiterhin ist es mittels der Bestrahlung des Klebstoffes möglich, die Viskosität desselben einzustellen, so dass Unebenheiten in dem vorgegebenen Bereich, auf welchen der Klebstoff appliziert werden soll, ausgeglichen werden können, z. B. mit Hilfe von IR-Strahlung. Alternativ oder zusätzlich kann die Viskosität des Klebstoffes durch die Bestrahlung dahingehend eingestellt werden, dass das Risiko eines Verfließens des Klebstoffes beim Verbinden der beiden Bestandteile zumindest verringert ist, z. B. mit Hilfe von UV-Strahlung.
  • Besonders bevorzugt wird der Klebstoff mittels Infrarot-Strahlung und/oder Ultraviolett-Strahlung bestrahlt, wobei vorteilhaft vorgesehen ist, den Klebstoff sowohl mittels Infrarot-Strahlung als auch mittels Ultraviolett-Strahlung zu bestrahlen.
  • Mittels der Infrarot-Strahlung wird die Viskosität des Klebstoffes eingestellt, bevorzugt verringert, so dass besonders vorteilhaft die Unebenheiten in dem vorgegebenen Bereich des Bestandteiles ausgeglichen werden können, wobei der Klebstoff mittels der Ultraviolett-Strahlung aktiviert und die Viskosität des Klebstoffes erhöht wird, so dass das Risiko eines Verfließens des Klebstoffes beim Verbinden der beiden Bestandteile zumindest verringert ist. Der Klebstoff tritt somit nicht zwischen den beiden miteinander verbundenen Bestandteilen hervor, so dass kein Entfernen des Klebstoffes im Verbindungsbereich erforderlich ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Bestandteile miteinander verbunden und in einem beheizbaren Werkzeug zumindest zum Aushärten des Klebstoffes angeordnet. Bevorzugt sind die beiden Bestandteile zum Verbinden in einem Werkzeug anordbar, in welchem der Klebstoff auch aushärtet, so dass ein Arbeitsgang, nämlich der einer erneuten Positionierung der beiden zu verbindenden Bestandteile, entfallen kann. Dabei können bzw. kann in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Druck, eine Zeit und/oder eine Temperatur zum Verbinden der Bestandteile und/oder zum Aushärten des Klebstoffes eingestellt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zumindest zum Verbinden der beiden Bestandteile nur soviel Druck mittels des Werkzeuges auf die beiden Bestandteile ausgeübt, dass der Klebstoff aufgrund des wirkenden Drucks nicht verläuft und zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Bestandteilen hervortritt.
  • Vorzugsweise wird der Klebstoff auf wenigstens einen Bestandteil zumindest einen Randbereich umlaufend mittels des Siebdruckverfahrens aufgebracht, so dass der Bestandteil mit seinem Randbereich an dem zumindest einen weiteren Bestandteil gehalten wird.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einer Transportvorrichtung, mittels welcher der wenigstens eine Bestandteil zu Arbeitsstationen transportierbar ist, einer Siebdruckvorrichtung zum direkten Aufbringen des Klebstoffes auf zumindest einen vorgegebenen Bereich des wenigstens einen Bestandteiles, und zumindest einer Bestrahlungsvorrichtung, mittels welcher eine Viskosität des Klebstoffes einstellbar ist und/oder der Klebstoff aktivierbar ist.
  • Dadurch, dass eine Vorrichtung sowohl zum Aufbringen des Klebstoffes auf zumindest einen vorgegebenen Bereich zumindest eines Bestandteiles als auch zum Verbinden zumindest der beiden Bestandteile und zum Aushärten des Klebstoffes vorgesehen ist, ist es möglich eine Anlageinvestition zu senken, wodurch Fertigungskosten bei der Herstellung einer Brennstoffzelle gesenkt werden können, da beispielsweise Taktzeiten erhöht werden können.
  • Da wenigstens der mit dem Klebstoff zu beschichtende Bestandteil mittels der Transportvorrichtung bewegt wird, kann eine manuelle Handhabung entfallen, wodurch die Sicherheit wenigstens beim Transportvorgang erhöht ist.
  • Um in besonders vorteilhafter Weise die Viskosität des Klebstoffes einstellen zu können und/oder den Klebstoff aktivieren zu können, umfasst die zumindest eine Bestrahlungsvorrichtung Mittel zur Bestrahlung des Klebstoffes mit Infrarot-Strahlung und/oder Ultraviolett-Strahlung.
  • Mittels der Infrarot-Strahlung ist die Viskosität des Klebstoffes einstellbar, wobei die Aktivierung des Klebstoffes mittels der Ultraviolett-Strahlung erfolgt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die zumindest zwei Bestandteile zumindest zum Verbinden in einem Werkzeug anordbar, wobei das Werkzeug beheizbar ist, so dass der Klebstoff insbesondere zum Verbinden zumindest der beiden Bestandteile aktivierbar ist und somit eine dauerhafte stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bestandteilen herstellbar ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist eines der zumindest zwei Bestandteile eine Gasdiffusionsschicht der Brennstoffzelle, welche mittels des Klebstoffes mit einer Katalysatorschicht als weiteren Bestandteil verbindbar ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch in perspektivischer Ansicht einen Bestandteil einer Brennstoffzelle mit partiell aufgebrachtem Klebstoff nach dem Stand der Technik,
  • 2 schematisch in perspektivischer Ansicht einen Bestandteil einer Brennstoffzelle mit gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten Klebstoff,
  • 3 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung,
  • 4 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt der in 3 gezeigten Schnittdarstellung der Membran-Elektroden-Anordnung und
  • 5 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Vorrichtung zum Aufbringen des Klebstoffes auf den Bestandteil der Brennstoffzelle und zum Verbinden von zumindest zwei Bestandteilen der Brennstoffzelle.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist schematisch ein Auftrag von Klebstoff 1 auf einem ersten Bestandteil B1 nach dem Stand der Technik dargestellt, wobei der Klebstoff 1 zum Verbinden zweier Bestandteile B1, B2 einer in 3 näher gezeigten Membran-Elektroden-Anordnung 3 einer Brennstoffzelle vorgesehen ist, wobei in 3 auch ein zweiter Bestandteil B2 dargestellt ist.
  • Bei dem ersten Bestandteil B1 handelt es sich um eine Gasdiffusionsschicht und bei dem zweiten Bestandteil B2 um eine Katalysatorschicht der Membran-Elektroden-Anordnung 3. Bei dem ersten Bestandteil B1 handelt es sich insbesondere um eine Polymerfolie aus Kohlenstofffasern und Polytetrafluorethylen, welches aus Kohlenstoff und Fluor besteht. Dabei können die Kohlenstofffasern mit dem Polytetrafluorethylen imprägniert sein.
  • Nach dem Stand der Technik wird der Klebstoff 1 als Folienklebstoff in Form von reaktivem Schmelzklebstoff vollflächig auf einen Randbereich des ersten Bestandteiles B1 aufgebracht und der erste Bestandteil B1 wird mit dem in 3 dargestellten zweiten Bestandteil B2 verklebt.
  • Zur Aufbringung des Klebstoffes 1 auf den ersten Bestandteil B1 wird die Klebstofffolie von ihrem Trägermaterial gelöst und beispielsweise mit Hilfe eines Roboters auf dem ersten Bestandteil B1 positioniert. Anschließend daran wird die Klebstofffolie mittels Heizstiften an den ersten Bestandteil B1 geheftet und dadurch positioniert fixiert.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt wird der erste Bestandteil B1 mit der an denselben gehefteten Klebstofffolie in einem in 5 näher gezeigten beheizbaren Werkzeug 2 angeordnet, in welchem die Klebstofffolie zum Verbinden des ersten Bestandteiles B1 mit dem zweiten Bestandteil B2 aufgeschmolzen und anschließend ausgehärtet wird, so dass die beiden Bestandteile B1, B2 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Aus der Verbindung der beiden Bestandteile B1, B2 mittels der Klebstofffolie als Klebstoff 1 können beispielsweise viel Verschnitt hinsichtlich der Klebstofffolie und relativ lange Aushärtzeiten resultieren, wobei keine kontaktfreie Aushärtemöglichkeit gegeben ist. Zudem ist eine Verbindung der zwei Bestandteile B1, B2 mittels der Klebstofffolie kostenintensiv, wobei eine Handhabung der von dem Trägermaterial abgelösten Klebstofffolie erschwert sein kann.
  • 2 zeigt eine Gasdiffusionsschicht als ersten Bestandteil B1 der Brennstoffzelle mit in vorgegebenen Bereichen gezielt aufgebrachtem Klebstoff 1.
  • Zum gezielten Beschichten des ersten Bestandteiles B1 der Membran-Elektroden-Anordnung 3 wird der Klebstoff 1 mittels eines Siebdruckverfahrens, welches in einer Siebdruckvorrichtung 4.1 als Teilvorrichtung einer in 5 gezeigten Vorrichtung 4 durchgeführt wird, auf die vorgegebenen Bereiche des ersten Bestandteiles B1 aufgebracht.
  • Die Siebdruckvorrichtung 4.1 zum Aufbringen des Klebstoffes 1 ist so eingestellt, dass der Klebstoff 1 in zwei vorgegebenen voneinander beabstandeten parallelen Streifen S auf einen umlaufenden Randbereich des ersten Bestandteiles B1 der Membran-Elektroden-Anordnung 3 aufgebracht wird. Zudem wird der Klebstoff 1 als umlaufender Rahmen R dreier in den ersten Bestandteil B1 eingebrachter Öffnungen 5 zum Verbinden aufgebracht, wobei ein weiterer Streifen S1 des Klebstoffes 1 im Bereich der Öffnungen 5 zwischen einem den Randbereich inneren umlaufenden Streifen S des Klebstoffes 1 auf den ersten Bestandteil B1 aufgebracht ist. Die Öffnungen 5 in dem ersten Bestandteil B1 dienen insbesondere einem Durchleiten von Reaktionsgasen G und eines Kühlmittels durch die Brennstoffzelle.
  • Wie oben beschrieben, wird die Gasdiffusionsschicht als erster Bestandteil B1 mit einer Katalysatorschicht als zweiter Bestandteil B2 der Brennstoffzelle mittels des in den vorgegebenen Bereichen aufgebrachten Klebstoffes 1 verbunden, wie in einem vergrößerten Ausschnitt der Membran-Elektroden-Anordnung 3 in 3 gezeigt ist.
  • Die Membran-Elektroden-Anordnung 3 weist zwei erste Bestandteile B1 in Form einer Gasdiffusionsschicht auf, wobei die beiden ersten Bestandteile B1 mit jeweils einer Katalysatorschicht als zweiten Bestandteil B2 mittels des Klebstoffes 1 stoffschlüssig verbunden sind. Zwischen den beiden Katalysatorschichten als zweite Bestandteile B2 ist eine Protonen-Austausch-Membran 6 angeordnet, wobei die beiden Katalysatorschichten als zweite Bestandteile B2 und die zwischen diesen angeordnete Protonen-Austausch-Membran 6 eine beschichtete Katalysator-Membran der Membran-Elektroden-Anordnung 3 bildet.
  • Der Klebstoff 1 ist, wie in 2 gezeigt ist, nur in den vorgegebenen Bereichen auf den ersten Bestandteil B1 aufgebracht.
  • Die Gasdiffusionsschicht als erster Bestandteil B1 der Membran-Elektroden-Anordnung 3 ermöglicht einen Transport eines Reaktionsgases G zur Katalysatorschicht als zweiten Bestandteil B2 und einen Abtransport von Wasser W, wie in einem vergrößerten Ausschnitt der Gasdiffusionsschicht als erster Bestandteil B2 in 4 näher dargestellt ist.
  • Die Gasdiffusionsschicht als erster Bestandteil B1 besteht überwiegend aus Kohlenstofffasern, die beispielsweise als kurze Fasern in zufälliger Richtung angeordnet ein Gelege bilden können oder richtungsorientiert als Gewebe angeordnet sein können. Zwischen einzelnen Kohlenstofffasern befinden sich Partikel von Polytetrafluorethylen, wobei die Kohlenstofffasern mit dem Polytetrafluorethylen imprägniert sein können.
  • Die Vorrichtung 4 zum Verbinden zumindest der zwei Bestandteile B1, B2 einer Brennstoffzelle mittels Klebstoff 1, deren Siebdruckvorrichtung 4.1 zur Durchführung der bereichsweisen Beschichtung des ersten Bestandteiles B1 mit Klebstoff 1 vorgesehen ist, ist in 5 näher dargestellt.
  • Die Vorrichtung 4 weist zudem eine Transportvorrichtung 4.2, eine Bestrahlungsvorrichtung 4.3 und bevorzugt das neben der Transportvorrichtung 4.2 angeordnete beheizbare Werkzeug 2 auf.
  • Die Transportvorrichtung 4.2 dient einem Transport der ersten Bestandteile B1 in Form der Gasdiffusionsschichten zu den einzelnen Vorrichtungen 4.1, 4.3, 2, wobei zwei erste Bestandteile B1 auf einem Plattenelement 7, einem sogenannten Vakuumdrucknest angeordnet und gehalten sind.
  • Mittels des Plattenelementes 7 und der Transportvorrichtung 4.2 sind die ersten Bestandteile B1 transportierbar, bevorzugt ohne weiter manuell gehandhabt werden zu müssen.
  • Die beiden auf dem Plattenelement 7 angeordneten und mittels Vakuum fixierten ersten Bestandteile B1 werden in die Siebdruckvorrichtung 4.1 eingefahren. In der Siebdruckvorrichtung 4.1 wird auf die vorgegebenen Bereiche der beiden ersten Bestandteile B1 in Form der Gasdiffusionsschichten entweder gleichzeitig oder nacheinander der Klebstoff 1 aufgebracht. Dabei wird der Klebstoff 1 vorzugsweise mit einer vorgegebenen Schichtdicke auf die vorgegebenen Bereiche der ersten Bestandteile B1 aufgebracht.
  • Darauffolgend werden die zwei ersten Bestandteile B1 mit dem aufgebrachten Klebstoff 1 mittels des Plattenelementes 7 aus der Siebdruckvorrichtung 4.1 herausgefahren und der Bestrahlungsvorrichtung 4.3 zugeführt.
  • In einem ersten Bereich 4.3.1 der Bestrahlungsvorrichtung 4.3 ist zumindest ein erster Strahler 8, mittels welchem Infrarot-Strahlung emittierbar ist, angeordnet, wobei in einem zweiten Bereich 4.3.2 zumindest ein zweiter Strahler 9 zur Emittierung von Ultraviolett-Strahlung angeordnet ist.
  • Die beiden nebeneinander auf dem Plattenelement 7 angeordneten ersten Bestandteile B1 werden gleichzeitig dem ersten Bereich 4.3.1 und anschließend dem zweiten Bereich 4.3.2 der Bestrahlungsvorrichtung 4.3 zugeführt und bestrahlt.
  • Die Bestrahlung mittels der Infrarot-Strahlung dient zumindest der Anpassung eines Fließverhaltens, also einer Viskosität des Klebstoffes 1 auf dem ersten Bestandteil B1. Mittels der Infrarot-Strahlung wird der Klebstoff 1 erwärmt, wodurch eine Fließfähigkeit erhöht wird, die Viskosität also verringert wird.
  • Durch die Erhöhung des Fließverhaltens, d. h. der Verringerung der Viskosität des Klebstoffes 1, können mittels desselben gegebenenfalls Unebenheiten in dem Bereich, in welchem der Klebstoff 1 auf den ersten Bestandteil B1 aufgebracht wird, ausgeglichen werden. Die Fließfähigkeit wird durch die Erwärmung erhöht, wodurch sich der Klebstoff 1 verbessert verteilt und sich in eventuell vorhandene Unebenheiten verteilt.
  • Dabei wird die Viskosität des Klebstoffes 1 mittels der Infrarot-Strahlung nur eingestellt, wenn der Klebstoff 1 keine ausreichende Fließfähigkeit aufweist, um eventuelle Unebeneinheiten in dem vorgegebenen Bereich auszugleichen. Weist der Klebstoff 1 also eine ausreichende Fließfähigkeit auf, kann die Bestrahlung mittels des ersten Strahlers 8 auch entfallen und die beiden ersten Bestandteile B1 werden mittels des Plattenelementes 7 gleich nach dem Aufbringen des Klebstoffes 1 in der Siebdruckvorrichtung 4.1 dem zweiten Bereich 4.3.2 der Bestrahlungsvorrichtung 4.3 zugeführt.
  • Nach dem Erwärmen des Klebstoffes 1 auf den ersten Bestandteilen B1 werden diese mittels des Plattenelementes 7 dem zweiten Bereich 4.3.2 der Bestrahlungsvorrichtung 4.3 zugeführt.
  • In dem zweiten Bereich 4.3.2 ist der zweite Strahler 9, mittels dem Ultraviolett-Strahlung emittiert wird, angeordnet. Die beiden auf dem Plattenelement 7 angeordneten ersten Bestandteile B1 werden mit der Ultraviolett-Strahlung des zweiten Strahlers 9 bestrahlt, um im Klebstoff 1 enthaltene Photoinitiatoren zu aktivieren. Weiterhin wird mittels der Bestrahlung der beiden ersten Bestandteile B1 mit der Ultraviolett-Strahlung die Viskosität des Klebstoffes 1 erhöht, wodurch der Klebstoff 1 im Vergleich zähflüssiger wird, also die Fließfähigkeit des Klebstoffes 1 verringert wird.
  • Nach dem Bestrahlen mittels der Ultraviolett-Strahlung werden die beiden ersten Bestandteile B1 jeweils mit einem zweiten Bestandteil B2 verbunden, d. h. gefügt, wobei es sich bei dem zweiten Bestandteil B2, wie oben beschrieben, um jeweils eine Katalysatorschicht der Brennstoffzelle handelt.
  • Vorzugsweise wird der jeweilige erste Bestandteil B1 am Ende der Transportvorrichtung 4.2 zur Anordnung in dem beheizbaren Werkzeug 2 bereitgestellt. Dazu ist vorgesehen, dass der zweite Bestandteil B2 zum Verbinden mit dem ersten Bestandteil B1 bereits in dem beheizbaren Werkzeug 2 angeordnet ist. Alternativ wird zuerst der erste Bestandteil B1 und anschließend wird der zweite Bestandteil B2 in dem beheizbaren Werkzeug 2 angeordnet.
  • Vorzugsweise werden die beiden Bestandteile B1, B2 mittels des beheizbaren Werkzeuges 2 aneinander gepresst. Dazu ist das beheizbare Werkzeug 2 derart ausgebildet, dass ein Druck, mit welchem die beiden Bestandteile B1, B2 aneinander gepresst werden, eine Temperatur, die mittels des beheizbaren Werkzeuges 2 auf die Bestandteile B1, B2 wirkt, sowie eine Zeit, beispielsweise für das Beheizen des Werkzeuges 2 und/oder das Aneinanderpressen, einstellbar ist. Der Druck zum Aneinanderpressen der Bestandteile B1, B2 wird nur so hoch eingestellt, dass der Klebstoff 1 beim Verbinden wenig bis gar nicht verläuft, die Bestandteile B1, B2 aber dennoch aneinander gepresst und somit verbunden werden.
  • Bevorzugt wird in dem beheizbaren Werkzeug 2 ein vollständiger Schichtverbund der Membran-Elektroden-Anordnung 3 angeordnet und miteinander verbunden, wobei die Membran-Elektroden-Anordnung 3 jeweils zwei erste Bestandteile B1, zwei zweite Bestandteile B2 und die Protonen-Austausch-Membran 6 umfasst.
  • Dabei verbleiben die miteinander zu verbindenden Bestandteile B1, B2 der Brennstoffzelle in dem beheizbaren Werkzeug 2 bis der Klebstoff vollständig ausgehärtet ist.
  • Dadurch, dass der erste Bestandteil B1 mittels der Vorrichtung 4 transportiert wird, mit dem Klebstoff 1 beschichtet wird und anschließend mit dem zweiten Bestandteil B2 verbunden wird, kann eine Anlageinvestition gesenkt werden, woraus weiterhin Fertigungskosten zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung 3 verringert werden können.
  • Der erste Bestandteil wird mittels der Transportvorrichtung als Bestandteil der Vorrichtung bewegt, wodurch Taktzeiten bei der Fertigung erhöht werden können.
  • Hinsichtlich des Aufbringens des Klebstoffes 1 auf den ersten Bestandteil B1 ist gegenüber dem in 1 beschriebenen Stand der Technik eine Materialeinsparung in Bezug auf den Klebstoff 1 und dadurch wiederum eine Kostenersparnis erzielbar.
  • Ändert sich eine Form der vorgegebenen Bereiche, auf welche der Klebstoff 1 mittels der Siebdruckvorrichtung 4.1 aufgebracht werden soll, so ist die Änderung einer Klebstoffgeometrie in der Siebdruckvorrichtung 4.1 vergleichsweise einfach und ohne wesentliche Kostensteigerung hinsichtlich der Fertigung durchführbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Klebstoff
    2
    beheizbares Werkzeug
    3
    Membran-Elektroden-Anordnung
    4
    Vorrichtung
    4.1
    Siebdruckvorrichtung
    4.2
    Transportvorrichtung
    4.3
    Bestrahlungsvorrichtung
    4.3.1
    erster Bereich
    4.3.2
    zweiter Bereich
    5
    Öffnung
    6
    Protonen-Austausch-Membran
    7
    Plattenelement
    8
    erster Strahler
    9
    zweiter Strahler
    B1
    erster Bestandteil
    B2
    zweiter Bestandteil
    G
    Reaktionsgas
    R
    Rahmen
    S
    Streifen
    S1
    weiterer Streifen
    W
    Wasser
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10251775 A1 [0002]
    • DE 102010033724 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Verbinden zumindest zweier Bestandteile (B1, B2) einer Brennstoffzelle mittels Klebstoff (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (1) mittels eines Siebdruckverfahrens auf zumindest einen vorgegebenen Bereich wenigstens eines Bestandteiles (B1, B2) direkt aufgebracht wird und anschließend zumindest zur Anpassung seiner Viskosität und/oder zur Aktivierung des Klebstoffes (1) bestrahlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Klebstoffes (1) anhand einer Bestrahlung mit Infrarot-Strahlung eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Klebstoffes (1) anhand einer Bestrahlung mit Ultraviolett-Strahlung durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile (B1, B2) miteinander verbunden werden und in einem beheizbaren Werkzeug (2) zumindest zum Aushärten des Klebstoffes (1) angeordnet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck, eine Zeit und/oder eine Temperatur zum Verbinden der Bestandteile (B1, B2) und/oder zum Aushärten des Klebstoffes (1) eingestellt werden bzw. wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (1) auf wenigstens ein Bestandteil (B1, B2) zumindest einen Randbereich umlaufend aufgebracht wird.
  7. Vorrichtung (4) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine Transportvorrichtung (4.2), mittels welcher der wenigstens eine Bestandteil (B1, B2) zu Arbeitsstationen transportierbar ist, eine Siebdruckvorrichtung (4.1) zum direkten Aufbringen des Klebstoffes (1) auf zumindest einen vorgegebenen Bereich des wenigstens einen Bestandteiles (B1, B2), und zumindest einer Bestrahlungsvorrichtung (4.3), mittels welcher eine Viskosität des Klebstoffes (1) einstellbar ist und/oder der Klebstoff (1) aktivierbar ist.
  8. Vorrichtung (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Bestrahlungsvorrichtung (4.3) Mittel (8, 9) zur Bestrahlung des Klebstoffes (1) mit Infrarot-Strahlung und/oder Ultraviolett-Strahlung umfasst.
  9. Vorrichtung (4) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeug (2) zur gleichzeitigen Aufnahme der zumindest zwei Bestandteile (B1, B2) zumindest während des Verbindens vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (2) beheizbar ist.
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