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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, bei welchem zumindest eine erste Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung als Teil einer durchgängigen Materialbahn bereitgestellt wird. Die Materialbahn durchläuft eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen. Hierbei wird zumindest eine zweite Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung mit der zumindest einen ersten Komponente verbunden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei der Herstellung von Brennstoffzellen die einzelnen Komponenten einer Membran-Elektroden-Anordnung einzeln zu handhaben. Eine solche Fertigung nach einem sogenannten Pick-and-Place-Prinzip ist sehr aufwendig. Denn mit den einzelnen, sehr sensiblen Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung muss sehr vorsichtig umgegangen werden. Des Weiteren geht eine solche Art der Herstellung mit hohen Taktzeiten einher. Insbesondere für eine Produktion im großen Maßstab müssen hierbei des Weiteren im Verhältnis zur Ausbringung sehr hohe Investitionen in Anlagen, Flächen und Reinraumtechnik getätigt werden.
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Bei der Pick-and-Place-Technologie können Roboter oder auf Schienen angeordnete Greifer zum Einsatz kommen, welche insbesondere über Portalachsen die Bewegungen in die unterschiedlichen Raumrichtung (x, y, z) ausführen können, um die unterschiedlichen Komponenten der jeweiligen Membran-Elektroden-Anordnung mit der erforderlichen Genauigkeit zu platzieren. Das Herstellen von Membran-Elektroden-Anordnungen und Brennstoffzellen in der Großserie ist also nicht nur im Hinblick auf die Materialkosten, sondern auch aufgrund der erforderlichen Handhabung der vielen filigranen und schmutzempfindlichen Komponenten herausfordernd.
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Es gibt daher Bestrebungen, eine kontinuierliche Fertigung von Membran-Elektroden-Anordnungen zu erreichen. So beschreibt die
DE 11 2008 001 580 T5 eine kontinuierliche Förderung einer Elektrolytmembranbahn, welche in einer Mehrzahl von Bearbeitungsschritten mit weiteren Komponenten einer Membran-Elektroden-Anordnung bestückt wird. Hierbei werden über Bearbeitungswalzen zunächst die Katalysatormaterialien auf die Membran aufgebracht und dann die Gasdiffusionslagen. Zum Verbinden der Gasdiffusionslagen mit der katalysatorbeschichteten Membran kommt hierbei das Heißsiegeln zum Einsatz. Hierfür werden die Bearbeitungswalzen auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt. Da bei der
DE 11 2008 001 580 T5 die Elektrolytmembran die Herstellungsvorrichtung durchläuft, und da die Elektrolytmembran vergleichsweise empfindlich ist, ist bei dieser Herstellungsvorrichtung ein Zugentlastungsmechanismus vorgesehen.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass es Schwierigkeiten bereitet, eine ausreichend dichte Verbindung der Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung zu erreichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle. Hierbei wird zumindest eine erste Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung als Teil einer durchgängigen Materialbahn bereitgestellt, welche eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen durchläuft. Zumindest eine zweite Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung wird mit der zumindest einen ersten Komponente verbunden. Diese stoffschlüssige Verbindung, die auch für ein Abdichten, insbesondere ein gasdichtes Abdichten sorgt, kann durch Kleben, Schweißen oder Löten erfolgen.
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Bevorzugt erfolgt diese Verbindung durch den Einsatz zumindest eines Klebstoffes. Beim Einsatz von Klebeverbindungen wird auf zumindest eine der Komponenten wenigstens ein Klebstoff aufgebracht, welcher das Verbinden der zumindest einen ersten Komponente mit der zumindest einen zweiten Komponente bewirkt. Des Weiteren lässt sich der Klebstoff sehr gezielt dort aufbringen, wo dies zum Verbinden der wenigstens zwei Komponenten und zum Herstellen einer Gasdichtheit erforderlich oder erwünscht ist. Somit ist ein verbessertes Verfahren geschaffen.
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Durch die Überführung eines diskontinuierlichen Herstellungsverfahrens in ein kontinuierliches, in welchem die Materialbahn die Bearbeitungsstationen durchläuft, lässt sich eine besonders effiziente Fertigung der Membran-Elektroden-Anordnungen erreichen. Während bei einer vereinzelten Fertigung die jeweiligen Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung als jeweils vereinzeltes Stückgut bereitgestellt werden, lässt sich durch die zentrale, kontinuierliche Bearbeitung der Materialbahn oder Warenbahn insbesondere eine besonders geringe Taktzeit erreichen. Die Taktzeit, also die Zeit für die Fertigung einer einzelnen Membran-Elektroden-Anordnung, lässt sich hierbei auf weniger als eine Sekunde reduzieren. Demgegenüber ist mit bisher verwendeten Pick-and-Place-Technologien lediglich eine Taktzeit von etwa 60 Sekunden erreichbar.
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Durch das Verfahren lässt sich somit bei gleichem Flächenbedarf für die Vorrichtung zum Herstellen der Membran-Elektroden-Anordnung ein deutlich höherer Ausstoß realisieren. Bei einer Großserienfertigung, also bei einer Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnungen in hoher Stückzahl, ist somit eine deutliche Reduzierung des Flächenbedarfs gegeben. Es wird die durchgängige Materialbahn oder Warenbahn Stück für Stück bis zur finalen Bearbeitung veredelt, aber nicht vor der endgültigen Fertigstellung vereinzelt. Des Weiteren lässt sich eine Senkung der Herstellungskosten je Membran-Elektroden-Anordnung erreichen.
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Mittels des Verfahrens lassen sich insbesondere bei einer höchstmöglichen Ausbringung beziehungsweise bei einem besonders großen Ausstoß von Membran-Elektroden-Anordnungen feste Bezugssysteme und enge Toleranzen erreichen. Des Weiteren ist eine besonders gute Reproduzierbarkeit erreichbar, etwa durch das Vorsehen von Referenzmarken auf der Materialbahn. Das Verfahren ist somit besonders prozesssicher.
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Der wenigstens eine druckbare Klebstoff fungiert zugleich als Dichtelement, insbesondere zwischen einer Anodenseite und einer Kathodenseite einer Membran der Membran-Elektroden-Anordnung. Hierfür kann beispielsweise vorgesehen sein, die Membran mittels des wenigstens einen Klebstoffs, welcher dem Verbinden zumindest zweier Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung dient, randlich einzukapseln. Der Klebstoff verhindert so ein Übertreten eines Oxidationsmittels von der Kathodenseite auf die Anodenseite beziehungsweise eines Brennstoffs von der Anodenseite auf die Kathodenseite im Betrieb der Brennstoffzelle, welche die Membran-Elektroden-Anordnung aufweist.
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Des Weiteren lässt sich in vorteilhafter Weise eine Skalierbarkeit der Ausbringung unabhängig von der für die Vorrichtung zum Herstellen vorzusehende Fläche und der für die Vorrichtung notwendigen Investitionskosten erreichen. Hierfür braucht lediglich die Geschwindigkeit verändert zu werden, mit welcher die Materialbahn die Bearbeitungsstationen durchläuft.
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Es lassen sich somit die langen Taktzeiten und die damit einhergehenden Beschränkungen hinsichtlich der Ausbringung von derzeit existierenden Systemen verbessern, welche die Pick-and-Place-Technologie nutzen. Dies gelingt selbst bei einer Auslegung der Vorrichtung zum Herstellen der Membran-Elektroden-Anordnung, welche eine Fertigung der Membran-Elektroden-Anordnung im Sekundentakt ermöglicht, mit einem minimalen Footprint, also mit einem sehr geringen Bauraumbedarf für die Vorrichtung. Bei dem Verfahren ist es ermöglicht, den flüssigen oder pastösen Klebstoff sowie alle übrigen Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung in einer Vorrichtung, insbesondere in einer Druckmaschine oder einer anderen rollenverarbeitenden Maschine, zu verarbeiten und die Komponenten zu dem fertigen Bauteil, also zu der Membran-Elektroden-Anordnung, zu fügen.
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Bevorzugt ist der wenigstens eine Klebstoff durch Beaufschlagen mit elektromagnetischer Strahlung aushärtbar, insbesondere durch Beaufschlagen mit UV-Strahlung und/oder mit Infrarotstrahlung. Beim Vernetzen der Moleküle des Klebstoffs kommen also bevorzugt strahlungsinitiierte Reaktionsmechanismen zum Einsatz. Nach dem Aushärten des Klebstoffs weist dieser bevorzugt für das Abdichten der Verbindungsstellen zwischen den Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung günstige, insbesondere elastische, Eigenschaften auf.
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Als der wenigstens eine Klebstoff sind insbesondere flüssige oder pastöse Klebstoffe einsetzbar, beispielsweise Kaltklebstoffe und/oder Heißklebstoffe wie Acrylat, Cyanacrylat, Epoxidharz, Polyethylen und/oder Polypropylen.
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Die Membran-Elektroden-Anordnung dient dem Einsatz in einer sogenannten Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle. Der prinzipielle Aufbau einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle – kurz PEMFC – ist wie folgt. Die PEMFC enthält eine Membran-Elektroden-Anordnung – kurz MEA, die aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymer-Elektrolyt-Membran (auch Ionomer-Membran) – kurz PEM – aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplatten angeordnet, wobei eine Separatorplatte Kanäle für die Verteilung von Brennstoff aufweist und die andere Separatorplatte Kanäle für die Verteilung von Oxidationsmittel und wobei die Kanäle der MEA zugewandt sind. Die Kanäle bilden eine Kanalstruktur, ein sogenanntes Flow Field oder Strömungsfeld. Die Elektroden, Anode und Kathode, sind im Allgemeinen als Gasdiffusionselektroden – kurz GDE – ausgebildet. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (zum Beispiel 2H2 + O2 → 2H2O) erzeugten Strom abzuleiten und die Reaktionsstoffe, Edukte und Produkte, durchdiffundieren zu lassen. Eine GDE kann wenigstens eine Gasdiffusionsschicht beziehungsweise Gasdiffusionslage – kurz GDL – umfassen. Eine jeweilige Katalysatorschicht, welche der PEM zugewandt ist, kann ebenfalls durch die GDE bereitgestellt werden. An der Katalysatorschicht läuft die elektrochemische Reaktion ab. Die anodische Katalysatorschicht und die kathodische Katalysatorschicht kann jedoch auch auf eine jeweilige Hauptoberfläche der PEM aufgebracht sein. In diesem Fall wird im Allgemeinen von einer Catalyst Coated Membrane – kurz CCM – gesprochen, also von einer mit einem Katalysator beschichteten Membran.
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Die GDE kann ferner noch eine Gasverteilungslage aufweisen. Gasdiffusionslage und Gasverteilungslage unterscheiden sich vor allem in ihren Porengrößen und damit in der Art des Transportmechanismus für einen Reaktionsstoff (Diffusion beziehungsweise Verteilung).
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Eine derartige Brennstoffzelle kann bei relativ geringen Betriebstemperaturen elektrischen Strom mit hoher Leistung erzeugen. Reale Brennstoffzellen sind meist zu so genannten Brennstoffzellenstapeln – kurz Stacks – gestapelt, um eine hohe Leistungsabgabe zu erzielen, wobei anstelle der monopolaren Separatorplatten bipolare Separatorplatten, so genannte Bipolarplatten, eingesetzt werden und monopolare Separatorplatten nur die beiden endständigen Abschlüsse des Stacks bilden. Sie werden zum Teil Endplatten genannt und können sich baulich erheblich von den Bipolarplatten unterscheiden.
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Die Bipolarplatten sind im Allgemeinen aus zwei Teilplatten zusammengesetzt. Diese Teilplatten weisen im Wesentlichen komplementäre und bezüglich einer Spiegelebene spiegelbildliche Formen auf. Die Teilplatten müssen aber nicht zwingend spiegelbildlich sein. Wichtig ist lediglich, dass sie zumindest eine gemeinsame Berührungsfläche aufweisen, an der sie verbunden werden können. Die Teilplatten weisen eine definierte Topographie auf. Hierdurch entstehen an den jeweils voneinander weg weisenden Oberflächen der Teilplatten die vorstehend bereits erwähnten Kanalstrukturen. An den jeweils aufeinander zuweisenden Oberflächen der Teilplatten besteht zum Beispiel bei geprägten metallischen Teilplatten die zur oben genannten Kanalstruktur komplementäre Kanalstruktur. Beim Aufeinanderlegen der beiden Teilplatten entsteht dadurch zwischen den Teilplatten, auf deren zueinander hin weisenden Oberflächen, ein Hohlraum, welcher aus einem System mehrerer miteinander verbundener Tunnels besteht. Der Hohlraum beziehungsweise das System der Tunnels ist durch eine im Wesentlichen die Teilplatten im Randbereich umlaufende Fügung flüssigkeitsdicht umrandet, wobei Öffnungen zur Kühlmittelzufuhr und -abfuhr vorgesehen sind, sodass der Hohlraum für die Verteilung eines Kühlmittels genutzt werden kann.
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Somit gehört zu den Aufgaben einer Bipolarplatte: Die Verteilung von Oxidationsmittel und von Reduktionsmittel; die Verteilung von Kühlmittel und somit die Kühlung (besser gesagt Temperierung) der Brennstoffzellen; die fluidische Trennung der Einzelzellen eines Stacks voneinander; ferner die elektrische Kontaktierung der hintereinander geschalteten Einzelzellen eines Stacks und somit die Durchleitung des von den Einzelzellen erzeugten elektrischen Stroms.
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Bevorzugt wird als die zumindest eine erste Komponente ein Rahmenmaterial bereitgestellt, welches einen Rahmen der in der Brennstoffzelle einsetzbaren Membran-Elektroden-Anordnung bildet. Hierbei fasst der Rahmen einen aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung ein. Der aktive Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung ist derjenige, in welchem die Reaktionen des Oxidationsmittels und des Brennstoffs stattfinden. Durch den Rahmen lässt sich eine Halterung für eine Membran der Membran-Elektroden-Anordnung bereitstellen. Zudem ermöglicht der Rahmen insbesondere das Anbringen von Dichtelementen für eine Abdichtung der Membran-Elektroden-Anordnung gegenüber Separatorplatten oder Bipolarplatten. Des Weiteren lässt sich das Rahmenmaterial in einer Beschaffenheit bereitstellen, welche besonders gut das Durchlaufen der verschiedenen Bearbeitungsstationen ermöglicht.
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Bevorzugt wird das Rahmenmaterial mit einer Trägerbahn verbunden, wobei eine Grundbahn gebildet wird, welche das mit der Trägerbahn verbundene Rahmenmaterial umfasst. Die Membran kann in alternativen Ausführungsformen jedoch auch mit dem Rahmenmaterial verbunden werden, ohne dass eine Trägerbahn vorgesehen ist. Die Trägerbahn dient also insbesondere dem Verstärken des Rahmenmaterials während des Durchlaufens der Bearbeitungsstationen. Dabei nimmt die Trägerbahn alle für den Bahntransport notwendigen Zugspannungen auf und entlastet somit das Rahmenmaterial.
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Somit kann auch ein Rahmenmaterial zum Einsatz kommen, das geringere Zugeigenschaften aufweist. Somit kann ggf. ein günstigeres Material ausgewählt werden. Jedoch wird dieser Hilfsträger bevorzugt später entfernt. Die Trägerbahn wird also bevorzugt nicht dauerhaft in die in der Brennstoffzelle einsetzbare Membran-Elektroden-Anordnung integriert. Bei dieser Ausgestaltung kann eine Membran der zu fertigenden Membran-Elektroden-Anordnung mittels des wenigstens einen Klebstoffs mit dem Rahmenmaterial der Grundbahn verbunden werden, wobei die Grundbahn das mit der Trägerbahn verbundene Rahmenmaterial umfasst.
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Zum Verbinden der Trägerbahn mit dem Rahmenmaterial kann insbesondere ein weiterer Klebstoff zum Einsatz kommen, welcher von dem zum Verbinden der zumindest einen ersten Komponente mit der zumindest einen zweiten Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung eingesetzten Klebestoff verschieden sein kann. Denn dieser weitere Klebstoff verbleibt bevorzugt nicht in der Membran-Elektroden-Anordnung, sondern er dient lediglich dem Zusammenhalt der Trägerbahn und des Rahmenmaterials während der Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung. Daher kann als dieser weitere Klebstoff also ein besonders einfaches, kostengünstiges Material zum Einsatz kommen.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn aus dem Rahmenmaterial ein dem aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung entsprechender Bereich herausgetrennt wird, wobei in diesem Bereich ein Zusammenhalt der Trägerbahn beibehalten wird. Auf diese Weise lässt sich ein Freischnitt in dem Rahmenmaterial erzeugen. Dennoch kann dafür gesorgt werden, dass auf eine weitere mit dem Rahmenmaterial zu verbindende Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung keine unerwünscht hohen Zugkräfte ausgeübt werden, da die Trägerbahn nicht geschwächt wird.
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Als die zumindest eine zweite Komponente kann eine Membran mit dem Rahmenmaterial verbunden werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zuvor aus dem Rahmenmaterial der dem aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung entsprechende Bereich herausgetrennt wurde. Denn dann ist nach einem Entfernen des aus dem Rahmenmaterial heraus getrennten Bereichs die Membran gut zugänglich, so dass die Membran mit den jeweiligen Gasdiffusionselektroden versehen werden kann. Zudem verleiht das Rahmenmaterial der Membran eine erhöhte Belastbarkeit. Dies erleichtert die Fertigung der Membran-Elektroden-Anordnung in dem kontinuierlichen Verfahren.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Membran bereits mit dem jeweiligen Katalysatormaterial versehen ist, es sich also um eine Catalyst Coated Membrane (CCM) handelt. Alternativ kann jedoch auch das jeweilige Katalysatormaterial, insbesondere mittels eines Druckverfahrens, oder alternativ mittels eines Transferverfahrens, an einer der Bearbeitungsstationen auf die Membran aufgebracht und mit der Membran verbunden werden.
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Bevorzugt wird der zumindest eine Klebstoff auf die Membran und/oder auf das Rahmenmaterial aufgebracht, wobei wenigstens ein Gasdiffusionselement mittels des wenigstens einen Klebstoffs mit der Membran verbunden wird. Als das wenigstens eines Gasdiffusionselement kann eine Gasdiffusionslage vorgesehen sein, welche der Membran zugewandt ist. Die Gasdiffusionslage kann eine geringere Porengröße aufweisen als eine Gasverteilungslage, welche in der Brennstoffzelle der Separatorplatte zugewandt ist. Auch können derartige Gasdiffusionselemente in aufeinanderfolgenden Schritten auf die Membran aufgebracht werden. Des Weiteren ist es möglich, als Gasdiffusionselement eine Einheit einzusetzen, welche bereits die beiden Lagen unterschiedlicher Porosität umfasst.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn aus der Trägerbahn ein den aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung einfassender Bereich herausgetrennt wird. Dann ist das Rahmenmaterial von seiner der Trägerbahn zugewandten Seite her zugänglich. So kann wenigstens eine weitere Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung von seiner der Trägerbahn zugewandten Seite her mit dem Rahmenmaterial verbunden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der wenigstens eine Klebstoff auf das Rahmenmaterial aufgebracht, wobei wenigstens ein Gasdiffusionselement mittels des wenigstens einen Klebstoffs mit dem Rahmenmaterial verbunden wird. So lässt sich auf besonders einfache Art und Weise die Membran-Elektroden-Anordnung bereitstellen.
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Über die, insbesondere mit dem jeweiligen Katalysator beschichtete, Membran oder die Gasdiffusionslagen hinaus können auch weitere Komponenten beim Durchlaufen der Bearbeitungsstationen auf die durchgängige Materialbahn aufgebracht werden. So kann beispielsweise, insbesondere mittels eines Druckverfahrens, wenigstens ein Dichtelement auf das Rahmenmaterial aufgebracht werden. Ein solches Dichtelement kann in der Brennstoffzelle die Membran-Elektroden-Anordnung gegenüber einer Separatorplatte oder Bipolarplatte abdichten. Durch das Integrieren auch dieses Schritts der Fertigung in die Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung lässt sich die Fertigung von Brennstoffzellen besonders weitgehend rationalisieren.
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Je nach Ausgestaltung der Separatorplatten oder Bipolarplatten ist es auch möglich, diese im Rahmen der Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung mit der jeweiligen Membran-Elektroden-Anordnung zu verbinden. Auch hierfür kann der wenigstens eine Klebstoff zum Einsatz kommen, insbesondere wenn der Klebstoff abdichtende Eigenschaften aufweist. Als weitere Fügeverfahren zum Verbinden der einzelnen Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung miteinander kommen darüber hinaus das Heißlaminieren und/oder das Schweißen in Frage.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird auf zumindest eine Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung wenigstens ein Referenzelement aufgebracht. Das Referenzelement wird zum Bestimmen einer Position herangezogen, an welcher zumindest zwei der Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung miteinander verbunden werden. Durch das Vorsehen solcher Referenzelemente, welche auch als Registermarken bezeichnet werden, lässt sich mit einer besonders hohen Reproduzierbarkeit eine prozesssichere Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnungen mit besonders geringen Toleranzen realisieren. Zudem lässt sich so eine Bahngeschwindigkeit beim Verfahren der Materialbahn durch die verschiedenen Bearbeitungsstationen besonders gut regeln. Das wenigstens eine Referenzelement kann insbesondere durch Drucken auf die Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung aufgebracht werden, bei welcher es sich insbesondere um das Rahmenmaterial handeln kann.
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Bevorzugt wird der wenigstens eine Klebstoff mittels eines Druckverfahrens auf die zumindest eine Komponente aufgebracht. Hierbei können unterschiedliche Druckverfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise ein Hochdruck, ein Tiefdruck, oder ein Durchdruck, insbesondere das Siebdrucken. Besonders präzise und leicht auf die jeweiligen Anforderungen beim Aufbringen des Klebstoffs einzustellen ist es des Weiteren, wenn ein Digitaldruckverfahren zum Einsatz kommt. Hierbei können dem Tintenstrahldrucken ähnliche Verfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise der sogenannte Spraydruck.
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Besonders sparsam ist es hierbei, wenn der wenigstens eine Klebstoff nicht vollflächig auf die zu verklebende Komponente aufgebracht wird, sondern lediglich an denjenigen Stellen, wo in der fertigen Membran-Elektroden-Anordnung ein Zusammenhalt der Komponenten und/oder eine Dichtigkeit sichergestellt sein soll.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn ein den Rahmen der Membran-Elektroden-Anordnung bildender Bereich entlang der Außenkontur aus dem Rahmenmaterial herausgetrennt wird. So lässt sich in einem einfachen Verfahrensschritt die fertige Membran-Elektroden-Anordnung bereitstellen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt. Entsprechend weist die Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen zum Bearbeiten zumindest einer als Teil einer durchgängigen Materialbahn ausgebildeten Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung auf. Die Vorrichtung weist des Weiteren Mittel zum Verbinden der zumindest einen zweiten Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung mit der zumindest einen ersten Komponente auf. Die Verbindung erfolgt dabei durch ein stoffschlüssiges Verbindungsverfahren.
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Vorteilhafterweise ist zumindest eine der Bearbeitungsstationen dazu ausgebildet, auf zumindest eine der Komponenten wenigstens einen Klebstoff aufzubringen, mittels welchem das Verbinden der zumindest einen ersten Komponente mit der zumindest einen zweiten Komponente bewirkt werden kann.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Anordnung in einem kontinuierlichen Prozess;
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2 in einer schematischen Darstellung eine weitere Vorrichtung für eine kontinuierliche Fertigung der mit dem Rahmen versehenen Membran-Elektroden-Anordnung;
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3 in einer schematischen Detaildarstellung die Membran-Elektroden-Anordnung während der Herstellung mittels der Vorrichtung gemäß 2 in einem Verfahrensschritt; und
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4 in einer schematischen Detaildarstellung die Membran-Elektroden-Anordnung gemäß 3 in einem weiteren Verfahrensschritt.
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1 zeigt stark schematisiert eine Vorrichtung 10 zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung 12, welche einen Rahmen 14 aufweist, in einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren. Hierbei kann ein Druckverfahren oder alternativ ein anderes rollenverarbeitendes Verfahren zum Einsatz kommen. Hierbei wird von einer Rolle 16 eine durchgängige Materialbahn abgerollt, durch welche vorliegend ein Rahmenmaterial 18 der Membran-Elektroden-Anordnung 12 bereitgestellt ist. Aus dem Rahmenmaterial 18 ist entsprechend bei der fertigen Membran-Elektroden-Anordnung 12 der Rahmen 14 gebildet. Dabei wird die Materialbahn in eine Förderrichtung oder Vorschubrichtung durch die Vorrichtung 10 gefördert. Als das Rahmenmaterial 18 kann beispielsweise ein Kunststoff zum Einsatz kommen, welcher von der Rolle 16 abgewickelt wird.
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Schematisch zeigt 1 die einzelnen Bearbeitungsstationen, welche bei der Fertigung der Membran-Elektroden-Anordnung 12 durchlaufen werden. Diese sind in 1 lediglich schematisch durch weitere Pfeile veranschaulicht, welche auf die Materialbahn des Rahmenmaterials 18 weisen. An einer Bearbeitungsstation 22 erfolgt ein Ausstanzen eines Bereichs 24 aus dem Rahmenmaterial 18. Dieser Bereich 24 wird in der fertigen Membran-Elektroden-Anordnung 12 von einer Membran 26 abgedeckt, welche bevorzugt als mit einem Katalysator beschichtete Membran (Catalyst Coated Membrane, CCM) ausgebildet ist. An einer weiteren Bearbeitungsstation 28 wird ein Klebstoff 42 (vergleiche 3) auf das Rahmenmaterial 18 gedruckt, etwa in einem Siebdruckverfahren oder einem derartigen rotativen Prozess. An einer weiteren Bearbeitungsstation erfolgt ein Einspenden 30 der Membran 26 in das noch feuchte Kleberbett.
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An weiteren Bearbeitungsstationen 32, 34 werden eine kathodische Gasdiffusionslage 36 und eine anodische Gasdiffusionslage 38 in den Prozess eingespendet und mit dem Rahmenmaterial 18 verbunden. Schließlich erfolgt an einer weiteren Bearbeitungsstation ein Ausstanzen 40 eines den Rahmen 14 umfassenden Teils aus dem Rahmenmaterial 18, so dass die mit dem Rahmen 14 versehene Membran-Elektroden-Anordnung 12 bereitgestellt ist.
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Die Warenbahn in Form des Rahmenmaterials 18 kann sich mit einer vorab eingestellten Geschwindigkeit von beispielsweise 10 Metern pro Minute durch die Vorrichtung 10 bewegen. Die Vorrichtung 10 ist hier exemplarisch nach Art einer Druckmaschine, insbesondere einer Rollendruckmaschine, ausgebildet. Alternativ kann jede Vorrichtung, welche für eine kontinuierliche Verarbeitung von Warenbahnen geeignet ist, verwendet werden. Das Rahmenmaterial 18 wird also Stück für Stück mit den jeweiligen weiteren Komponenten der zu fertigenden Membran-Elektroden-Anordnung 12 versehen oder veredelt. Hierfür wird der druckfähige Klebstoff 42 eingesetzt, welcher in einer späteren Funktion auch als Dichtstoff für die Membran-Elektroden-Anordnung 12 fungiert (vergleiche 3 und 4). Der Klebstoff 42 verbindet hierbei das Rahmenmaterial 18 mit der Membran 26, die Membran 26 mit der kathodischen Gasdiffusionslage 36 und das Rahmenmaterial 18 mit der anodischen Gasdiffusionslage 38 (vergleiche 4). Alternativ zu der in 4 gezeigten Anordnung können anodische 38 und kathodische 36 Gasdiffusionslage auch umgekehrt bzw. vertauscht angeordnet sein.
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Anhand von 1 ist besonders gut ersichtlich, dass für die an den verschiedenen Bearbeitungsstationen stattfindenden Bearbeitungsschritte insbesondere rotative Prozesse zum Einsatz kommen können. Des Weiteren werden trennende Verfahrensschritte, Verfahrensschritte eines Beschichtens und Verfahrensschritte eines Fügens an den einzelnen Bearbeitungsstationen ausgeführt.
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Zunächst erfolgt ein Abwickeln 44 des Rahmenmaterials 18 von der Rolle 16 (vergleiche 2). Hierbei kann das Abwickeln 44 kettengesteuert erfolgen, etwa durch einen Einsatz von Zahnrädern welche mit entsprechenden Zahnriemen oder dergleichen zusammenwirken. Um für eine gewisse Zugspannung zu sorgen, welche auf das Rahmenmaterial 18 wirkt, kann eine Bremseinrichtung vorgesehen sein, welche das Rahmenmaterial 18 entgegen der Fortbewegungsrichtung abbremst. Des Weiteren kann durch ein Verbinden des Rahmenmaterials 18 mit einer Trägerbahn 46 (vergleiche 3 und 4) und ein entsprechendes Fortbewegen der Trägerbahn 46 für das Abwickeln des Rahmenmaterials 18 von der Rolle 16 gesorgt werden.
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Um dafür zu sorgen, dass das Rahmenmaterial 18 sich entlang einer vorbestimmten Bahn durch die Vorrichtung 10 bewegt, kann insbesondere eine Kantenregelung zum Einsatz kommen. Hierbei kann beispielsweise mit Ultraschallsensoren eine entsprechende Ausrichtung der Kanten des Rahmenmaterials 18 beim Durchlaufen der Vorrichtung 10 überwacht und entsprechend nachgeregelt werden. Der Bahnführung können des Weiteren mitlaufende Rollen etwa in Form von Umlenkrollen 48 dienen, welche in 1 schematisch gezeigt sind. Des Weiteren können angetriebene Rollen 50 für die korrekte Bahnführung des Rahmenmaterials 18 sorgen. Es können auch berührungslos das Rahmenmaterial 18 führende Rollen vorgesehen sein, welche Druckluft abgeben und so Luftkissen bereitstellen, auf welchen sich das Rahmenmaterial 18 durch die Vorrichtung 10 bewegt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Kontakt zwischen derartigen Rollen und einer mit dem Klebstoff 42 beschichteten Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung 12 verhindert werden soll.
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In einem weiteren Schritt erfolgt ein Bearbeiten 52 zumindest einer der Oberflächen des Rahmenmaterials 18 zur Haftverbesserung mit dem zumindest einen Klebstoff 42.
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Durch das Bearbeiten 52 wird das Rahmenmaterial 18 für das Aufbringen des Klebstoffs 42 vorbereitet. Das Rahmenmaterial 18 kann hierbei vollflächig oder nur teilweise bearbeitet werden. Das vollflächige Bearbeiten 52 ist besonders einfach, da nicht gezielt bestimmte Bereiche des Rahmenmaterials 18 zu bearbeiten sind. Ein partielles Bearbeiten 52 ist demgegenüber im Hinblick auf die für das Bearbeiten 52 eingesetzten Stoffe beziehungsweise die für das Bearbeiten 52 eingesetzte Energie besonders sparsam. Zudem kann verhindert werden, dass das Rahmenmaterial 18 an nicht für das Aufbringen des Klebstoffs 42 vorgesehenen Stellen unerwünscht in Mitleidenschaft gezogen wird, wenn die Oberfläche des Rahmenmaterials 18 lediglich partiell aktiviert wird.
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In einem weiteren Schritt erfolgt ein Heraustrennen 54 desjenigen Bereichs 24 aus dem Rahmenmaterial 18, welcher für die Membran 26 vorgesehen ist. Bei einem derartigen Schneidvorgang kann beispielsweise ein Laser zum Einsatz kommen, ein rotativer Stanzzylinder oder ein Rollenmesser in Kombination mit einem Schlagmesser, welches das Rahmenmaterial 18 in Verfahrrichtung oder Förderrichtung der Bahn schneidet. Auch mittels eines Wasserstrahls oder eines mit Ultraschallfrequenz beaufschlagten Messers kann der Bereich 24 aus dem Rahmenmaterial 18 herausgetrennt werden.
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In einem nächsten Schritt erfolgt ein Aufbringen 56 des Klebstoffs 42 auf das Rahmenmaterial 18. Hierbei kommt bevorzugt ein Druckverfahren zum Einsatz, mittels welchem sich das Rahmenmaterial 18 vollflächig oder partiell mit dem Klebstoff 42 beschichten lässt. Bei der in 2 schematisch gezeigten Vorrichtung 10, welche als Rollendruckmaschine ausgebildet ist, kann hierbei beispielsweise ein Hochdruckverfahren, ein Tiefdruckverfahren oder ein Durchdruckverfahren wie insbesondere das Siebdruckverfahren zum Einsatz kommen. Zusätzlich oder alternativ kann mit einem Digitaldruckverfahren oder Spraydruckverfahren der Klebstoff 42 auf das Rahmenmaterial 18 aufgebracht werden.
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In einem nächsten Schritt erfolgt ein Voraktivieren 58 des Klebstoffmaterials. Hierbei kann der Klebstoff 42 beispielsweise mittels einer UV-Lampe 60 voraktiviert werden, so dass erste Vernetzungsreaktionen in dem Klebstoff 42 stattfinden. So kann die Viskosität des Klebstoffs 42 derart eingestellt werden, dass der Klebstoff 42 zwar nicht mehr verläuft, aber dennoch die gewünschten, dem Verbinden des Rahmenmaterials 18 mit der Membran 26 dienenden Eigenschaften aufweist.
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In einem nächsten Schritt erfolgt das Aufbringen 62 der Membran 26 auf das mit dem Klebstoff 42 beschichtete Rahmenmaterial 18. An einer weiteren Bearbeitungsstation 64 erfolgt das Zusammenfügen der Membran 26 mit dem Rahmenmaterial 18. Hierbei können Druckplatten 66 einen entsprechenden Druck auf das mit der Membran 26 versehene Rahmenmaterial 18 ausüben. Dieser Schritt des Fügens kann diskret sein, indem das Rahmenmaterial 18 während des Zusammenpressens der Druckplatten 66 nicht weiter bewegt wird. Alternativ kann der Druck auch kontinuierlich aufgebracht werden, beispielsweise indem sich die Druckplatten 66 mit dem Rahmenmaterial 18 mit bewegen. Auch kann der Druck kontinuierlich aufgebracht werden oder periodisch mit einer bestimmten Frequenz, insbesondere mit einer Ultraschallfrequenz. Des Weiteren kann beim Fügen Ultraschall unterstützend eingesetzt werden. Als weitere Fügeverfahren können ein Heißlaminieren und/oder ein Schweißen zum Einsatz kommen.
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Vorliegend erfolgt im Bereich der Bearbeitungsstation 64 auch ein Aushärten 68 des Klebstoffs 42. Hierfür kann beispielsweise eine weitere UV-Lampe 70 den Klebstoff 42 mit einer entsprechenden UV-Strahlung beaufschlagen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Infrarotlampe 72 durch Infrarotstrahlung das Aushärten oder Aktivieren des Klebstoffs 42 bewirken. Es sind auch andere Formen der Beaufschlagung des Klebstoffs 42 mit Wärme denkbar.
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Das Beaufschlagen des Klebstoffs 42 mit UV-Strahlung, Infrarotstrahlung und/oder Wärme kann partiell oder gleichmäßig über die gesamte Fläche der zu fertigenden Membran-Elektroden-Anordnung 12 erfolgen. Durch das partielle Aktivieren des Klebstoffs 42 kann erreicht werden, dass beispielsweise gegenüber der jeweiligen Strahlung oder gegenüber Wärme empfindliche Bereiche der Membran 26 nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Des Weiteren können die Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung, mit welcher der Klebstoff 42 bevorzugt beaufschlagt wird, im Hinblick auf die Spektren so eingestellt werden, dass diese unterschiedlich weit in den Klebstoff 42 eindringen. So kann ein besonders gleichmäßiges Aktivieren oder Aushärten des Klebstoffs 42 über die gesamte Dicke erreicht werden. Der Klebstoff 42 kann des Weiteren mittels Ultraschall und/oder mittels Elektronenstrahlen aktiviert werden.
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Das Aktivieren des Klebstoffs 42 kann kontinuierlich oder gepulst erfolgen. Bei einer diskontinuierlichen Beaufschlagung des Klebstoffs 42 mit der Strahlung, dem Ultraschall und/oder dem Elektronenstrahl lassen sich Vorteile im Hinblick auf den Energieverbrauch der Vorrichtung 10 erreichen.
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Als Klebstoff 42 kann in Varianten der Vorrichtung 10 auch ein Zwei-Komponenten-Klebstoff zum Einsatz kommen, welcher beim Zusammenbringen der beiden Komponenten auszuhärten beginnt. Dadurch kann auf das Vorsehen von Strahlungsquellen oder dergleichen zum Aushärten des Klebstoffs 42 verzichtet werden. Es kann auch ein thermisch aushärtender Klebstoff 42 und/oder ein lösemittelhaltiger Klebstoff 42 zum Einsatz kommen.
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In einem nächsten Schritt 74 kann die Membran 26 zurechtgeschnitten und so beispielsweise von überstehenden Randbereichen befreit werden (vergleiche 1). Anschließend erfolgt an einer Bearbeitungsstation ein – bevorzugt partielles – Aufbringen 78 des Klebstoffs 42 auf das mit der Membran 26 verbundene Rahmenmaterial 18.
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Ebenfalls erfolgt in einem Schritt 82 ein Aufbringen des Klebstoffs 42 auf das Rahmenmaterial 18. An das Aufbringen 78 beziehungsweise den Schritt 82 kann sich ein Voraktivieren 84, 86 mittels einer jeweiligen UV-Lampe 61 anschließen.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, kann die kathodische Gasdiffusionslage 36 durch eine entsprechende durchgängige Materialbahn bereitgestellt werden, welche von einer weiteren Rolle 76 abgewickelt wird. In analoger Weise wird bevorzugt auch die anodische Gasdiffusionslage 38 als durchgängige Materialbahn auf einer weiteren Rolle 80 aufgerollt bereitgestellt. An einer nächsten Bearbeitungsstation erfolgt jeweils ein Ausschneiden 88 der kathodischen Gasdiffusionslage 36 beziehungsweise der anodischen Gasdiffusionslage 38 aus der jeweiligen Materialbahn.
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In einem weiteren Schritt 90 werden die kathodische Gasdiffusionslage 36 und die anodische Gasdiffusionslage 38 von jeweils gegenüberliegenden Seiten her auf das Rahmenmaterial 18 beziehungsweise auf die Membran 26 aufgebracht. Anschließend kann erneut, insbesondere durch Erwärmen mittels einer Infrarotlampe 92 und/oder auf eine der zuvor beschriebenen Arten, für das Aushärten des Klebstoffs 42 gesorgt werden, welcher das Verbinden der Gasdiffusionslagen 36, 38 mit den übrigen Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung 12 bewirkt. Schließlich erfolgt in einem weiteren Schritt das Heraustrennen 40 des fertigen Bauteils, nämlich der Membran-Elektroden-Anordnung 12, aus dem Rahmenmaterial 18.
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Auch bei dem Beschichten oder Beaufschlagen der Materialbahn, auf welche die kathodische Gasdiffusionslage 36 und die anodische Gasdiffusionslage 38 aufgebracht werden, können die vorstehend beschriebenen Verfahren zum Einsatz kommen. Auch hierbei kann insbesondere ein vollflächiges oder partielles Aufbringen des Klebstoffs 42 vorgesehen sein.
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Anhand von 2 soll ein weiteres Verfahren zum Herstellen der Membran-Elektroden-Anordnung 12 veranschaulicht werden, welches mit einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung 10 durchführbar ist. Hierbei wird in einem ersten Schritt die als Hilfsträger dienende Trägerbahn 46 von einer weiteren Rolle 94 abgewickelt. In einem in 2 durch einen Kreis 96 veranschaulichten Schritt wird die Trägerbahn 46 vorliegend einseitig, in alternativen Ausführungsformen jedoch auch beidseitig, oberflächenbehandelt und anschließend mit einem weiteren Klebstoff bedruckt. Die entsprechende Druckoperation 98 ist in 2 durch einen weiteren Kreis veranschaulicht. Bei dem hierbei verwendeten Klebstoff kann es sich insbesondere um einen anderen als den zum Verbinden der Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung 12 miteinander verwendeten Klebstoff 42 handeln. Die als Hilfsträger dienende Trägerbahn 46 ist vorliegend in der fertig gestellten, aus dem Rahmenmaterial 18 ausgestanzten Membran-Elektroden-Anordnung 12 nicht mehr mit dem Rahmenmaterial 18 verbunden.
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Von der Rolle 16 wird das Rahmenmaterial 18 abgewickelt, kantengeregelt und einseitig (oder beidseitig) oberflächenbehandelt. Entsprechende Kreise 100 veranschaulichen diesen Verfahrensschritt. Des Weiteren werden bevorzugt Referenzpunkte oder Registermarken auf das Rahmenmaterial 18 aufgedruckt. Eine entsprechende Druckoperation 102 ist ebenfalls in 2 veranschaulicht. Im Rahmen einer Härteoperation 104 werden diese Registermarken ausgehärtet. Die Registermarken dienen insbesondere der Regelung der in folgenden Verfahrensschritten mit dem Rahmenmaterial 18 beziehungsweise weiteren Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung 12 zu verbindenden Komponenten, insbesondere im Hinblick auf den Ort der Aufbringung.
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In einer Fügeoperation 106 werden die Trägerbahn 46 und das Rahmenmaterial 18 zusammengeführt, wobei vorliegend das Rahmenmaterial 18 oberhalb der Trägerbahn 46 positioniert wird. Der zuvor während der Druckoperation 98 auf die Trägerbahn 46 aufgebrachte Klebstoff stellt die Haftung zwischen der Trägerbahn 46 und dem Rahmenmaterial 18 sicher. In einem Aushärteschritt 108 wird dieser Klebstoff ausgehärtet. Ein Verbund, welcher das Rahmenmaterial 18 und die Trägerbahn 46 umfasst, wird vorliegend als Grundbahn 110 bezeichnet (vergleiche 3). In einer Schneideoperation 112 wird in einem nächsten Schritt aus der Grundbahn 110 von oben das Rahmenmaterial 18 durchtrennt. Die Trägerbahn 46 wird hierbei jedoch nicht durchschnitten. In 3 sind zur Veranschaulichung stark schematisiert entsprechende Stellen 114 der Grundbahn 110 gezeigt, an welchen das Rahmenmaterial 18 durchtrennt, der Zusammenhalt der Trägerbahn 46 jedoch beibehalten ist.
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In einem nächsten Schritt wird das Rahmenmaterial 18 von oben mit dem Klebstoff 42 bedruckt. Eine entsprechende Druckoperation ist in 4 durch einen weiteren Kreis 116 veranschaulicht. Alternativ kann auch die Druckoperation 116 vor der Schneidoperation 112 durchgeführt werden. Anschließend erfolgt ein Aktivieren 118 des Klebstoffs 42. In einem nächsten Schritt wird die Membran 26 von einer entsprechenden Rolle 120 abgewickelt. In einer weiteren Schneideoperation 122 wird die Membran 26 geschnitten und von oben auf die Grundbahn 110 abgelegt. Eine entsprechende Fügeoperation 124 ist in 2 durch einen weiteren Kreis veranschaulicht.
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Anschließend wird die Membran 26 mit dem Klebstoff 42 bedruckt, wobei eine entsprechende Druckoperation 128 in 2 durch einen weiteren Kreis veranschaulicht ist. Der Klebstoff 42 wird in einem nächsten Schritt 130 aktiviert. Anschließend wird die kathodische Gasdiffusionslage 36 von einer weiteren Rolle 126 abgewickelt und es erfolgt ein Schneiden 132 der kathodischen Gasdiffusionslage 36 und ein Ablegen 134 auf die Membran 26 von oben. Der entsprechende Verfahrensschritt, in welchem die kathodische Gasdiffusionslage 36 mit der Membran 26 durch den Klebstoff 42 verbunden ist, ist in 3 veranschaulicht.
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Aus der Darstellung in 3 ist insbesondere ersichtlich, dass der die Membran 26 und die Gasdiffusionslage 36 verbindendende Klebstoff 42 und der Klebstoff 42, welcher das Rahmenmaterial 18 und die Membran 26 miteinander verbindet, für ein gasdichtes seitliches Einkapseln der Membran 26 sorgt. Der Klebstoff 42 umgibt bevorzugt jeweilige seitliche Ränder 136 oder Schmalseiten der Membran 26. Aus 3 geht des Weiteren hervor, dass zu diesem Zeitpunkt die Trägerbahn 46 noch intakt ist.
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In einer nächsten Schneideoperation 138 (vergleiche 2) wird die Grundbahn 110 von unten geschnitten. Hierbei wird jedoch nur die Trägerbahn 46 durchtrennt. In 3 sind die Stellen 140 veranschaulicht, an welchen die Schneideoperation 138 stattfindet. Der so entstandene Mittelteil des Trägers, also der Trägerbahn 46, wird mit dem bereits zuvor (in der Schneideoperation 112) abgetrennten und mittels des Klebstoffs 42 mit der Trägerbahn 46 verbundenen Bereich des Rahmenmaterials 18 nach unten als Abfall 142 abgezogen.
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Dadurch ist die Membran 26 beziehungsweise das Rahmenmaterial 18 nun von der Unterseite her zugänglich. Entsprechend wird sie in einem nächsten Schritt mit dem Klebstoff 42 bedruckt. Eine entsprechende Druckoperation 146 ist in 2 durch einen weiteren Kreis veranschaulicht. An diese Druckoperation 146 schließt sich erneut ein Aktivieren 148 des Klebstoffs 42 an. Anschließend wird die zweite, anodische Gasdiffusionslage 38 von einer weiteren Rolle 144 abgewickelt. Anschließend wird der für die Membran-Elektroden-Anordnung 12 vorgesehene Bereich aus der in der Rolle 144 bereitgestellten Materialbahn herausgeschnitten, welcher die Gasdiffusionslage 38 der Membran-Elektroden-Anordnung 12 bilden soll. Eine entsprechende Schneideoperation 150 ist in 2 durch einen weiteren Kreis veranschaulicht.
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In einer weiteren Fügeoperation 152 wird die ausgeschnittene Gasdiffusionslage 38 von unten gegen die nun freigelegte Membran 26 gedrückt. Hierbei bewirkt der Klebstoff 42 das Verbinden der Gasdiffusionslage 38 mit dem Rahmenmaterial 18 (vergleiche 4). In diesem Bereich braucht der Klebstoff 42 jedoch keine Dichtfunktion bereitzustellen, sondern lediglich für den Zusammenhalt des Rahmenmaterials 18 mit der kathodischen Gasdiffusionslage 38 zu sorgen.
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In einer weiteren Schneideoperation 154 wird die Grundbahn 110 im Bereich des Rahmenmaterials 18 durchtrennt. Dadurch entsteht die fertige Membran-Elektroden-Anordnung 12 mit dem Rahmen 14 (vergleiche 1). Der Rest der Grundbahn 110 wird in einem weiteren Schritt nach oben als Abfall 156 abgezogen (vergleiche 2).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112008001580 T5 [0004, 0004]
