DE102021115495A1

DE102021115495A1 - Vorrichtung zur Herstellung von Bipolarplatten

Info

Publication number: DE102021115495A1
Application number: DE102021115495.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Weil; Harald Liebhart
Original assignee: Weil Tech GmbH; Weil Technology GmbH
Current assignee: Weil Tech GmbH; Weil Technology GmbH
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2041-06-16
Also published as: DE102021115495B4

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit Verbesserungen auf dem technischen Gebiet der Herstellung von Bipolarplatten (2), wie sie beispielsweise für Brennstoffzellen eingesetzt werden. Hierzu wird eine Vorrichtung (1) vorgeschlagen, die an einer Bearbeitungsstation (3,4) zwei ortsfeste Laserscanner (5) aufweist, die zum vorzugsweise fluiddichten Verschweißen von Einzelplatten (6) einer herzustellenden Bipolarplatte (2) eingerichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Bipolarplatten, wie sie beispielsweise in Brennstoffzellen eingesetzt werden.
Bipolarplatten bestehen in der Regel aus zwei miteinander verbundenen Einzelplatten, die zwischen sich fluidführende Strukturen, wie beispielsweise Kanäle ausbilden.
Die Einzelplatten, aus denen Bipolarplatten hergestellt werden, bestehen zum Beispiel aus Metallblech-Zuschnitten, insbesondere aus Edelstahl oder auch aus Titan. Bipolarplatten sind wesentliche Bestandteile von Brennstoffzellensystemen und werden zu sogenannten Stacks, also Stapeln, geschichtet. Die in Stapeln angeordneten Bipolarplatten bilden dabei den Kern eines Brennstoffzellensystems. Die Bipolarplatten erfüllen als integrierte Baugruppen unter anderem die Aufgaben der elektrischen Verbindung von einzelnen Zellen, einer Gasverteilung über die Fläche der Bipolarplatten, der Gastrennung zwischen angrenzenden Zellen, der Dichtung nach außen und der Kühlung.
Wesentlich für die Qualität eines Brennstoffzellensystems ist dabei die Qualität der Bipolarplatten, aus denen das Brennstoffzellensystem gebildet wird.
Die Qualität der Bipolarplatten wird auch durch die Genauigkeit der Verbindung der beiden Einzelplatten, aus denen die Bipolarplatten jeweils gefertigt sind, beeinflusst. Hierbei sind möglichst geringe Fertigungstoleranzen wünschenswert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Herstellung von Bipolarplatten, die die möglichst genaue Fertigung von Bipolarplatten begünstigt.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Bipolarplatten der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die die Mittel und Merkmale des unabhängigen, auf eine derartige Vorrichtung gerichteten Anspruchs aufweist. Zur Lösung der Aufgabe wird somit insbesondere eine Vorrichtung zur Herstellung von Bipolarplatten vorgeschlagen, die zumindest eine Bearbeitungsstation mit zumindest zwei stationären Laserscanner umfasst, die zur Erzeugung einer vorzugsweise fluiddichten, insbesondere gasdichten, Schweißverbindung zwischen zwei, eine Bipolarplatte bildenden Einzelplatten eingerichtet sind.
Durch die stationäre, also ortsfeste Anordnung von zwei Laserscannern in einer Bearbeitungsstation können Bearbeitungstoleranzen beim Erzeugen der Schweißverbindung zwischen den beiden eine Bipolarplatte bildenden Einzelplatten geringgehalten werden. Ferner ist es möglich, durch den Einsatz von zwei Laserscannern beim Verschweißen der Einzelplatten einer Bipolarplatte die Taktzeit beim Verschweißen zu halbieren. Auf diese Weise kann die Fertigung der Bipolarplatten zu beschleunigt werden.
Die Verwendung von zwei Laserscannern in einer Bearbeitungsstation begünstigt zudem einen symmetrischen Wärmeeintrag in die Einzelplatten beim Verschweißen, was einen Verzug der herzustellenden Bipolarplatte beim Erzeugen der Schweißverbindung zwischen ihren beiden Einzelplatten reduzieren oder gar vollständig vermeiden kann. Auch dies begünstigt die möglichst präzise Fertigung von Bipolarplatten mit vergleichsweise geringen Fertigungstoleranzen.
In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, beispielsweise durch zumindest eine dazu eingerichtete Steuereinheit, die beiden Laserscanner der zumindest einen Bearbeitungsstation so anzusteuern, dass die Schweißverbindung symmetrisch erzeugt wird und/oder beim Erzeugen der Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten ein symmetrischer Wärmeeintrag in die Einzelplatten erfolgt. Die zumindest eine Steuereinheit kann in einen der Laserscanner integriert und/oder mit den Laserscannern verbunden sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass diese zumindest zwei Bearbeitungsstationen aufweist, die jeweils zwei stationäre Laserscanner umfassen, die zur Erzeugung einer vorzugsweise fluiddichten, insbesondere gasdichten, Schweißverbindung zwischen zwei, eine Bipolarplatte bildenden Einzelplatten eingerichtet sind.
In einer ersten der beiden Bearbeitungsstationen kann ein erster Teil der Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten einer Bipolarplatte erzeugt werden, während in der zweiten Bearbeitungsstation der übrige Teil der Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten erzeugt wird. Die Erzeugung der vorzugsweise fluiddichten, insbesondere gasdichten Schweißverbindung zwischen den Einzelplatten der Bipolarplatte wird somit auf zwei Bearbeitungsstationen verteilt.
Die Verwendung von zwei Bearbeitungsstationen erlaubt ferner, die vergleichsweise filigranen Einzelplatten der herzustellenden Bipolarplatten in der ersten Bearbeitungsstation möglichst großflächig aufzuspannen und den ersten Teil der Schweißverbindung mit den beiden Laserscannern der ersten Bearbeitungsstation zu erzeugen. Die großflächige Aufspannung der Einzelplatten kann einen Verzug der Einzelplatten beim Verschweißen und damit verbundene Ungenauigkeiten vermeiden. In der zweiten Bearbeitungsstation kann eine andere, ebenfalls möglichst großflächige Aufspannung der Einzelplatten erfolgen, die die Fertigstellung der Schweißverbindung zwischen den Einzelplatten mit den beiden Laserscannern der zweiten Bearbeitungsstation erlaubt.
Die beiden Laserscanner einer Bearbeitungsstation können gemeinsam einen Doppelfeld-Laserscanner bilden. Dabei können die Laserscanner so angeordnet und/oder angesteuert und/oder dazu eingerichtet sein, dass ihre Scanfelder sich gegenseitig überlappen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Vorrichtung eine Steuereinheit zur Ansteuerung sämtlicher Laserscanner aufweisen kann. Es ist unter anderem aber auch möglich, dass jeder Bearbeitungsstation jeweils zumindest eine Steuereinheit zugeordnet ist.
Wenn die beiden Laserscanner einer Bearbeitungsstation sich überlappende und/oder möglichst große Scanfelder aufweisen, ist die Herstellung von Bipolarplatten unterschiedlicher Größen möglich, ohne die Position der Laserscanner beim Verschweißen der Einzelplatten zu verändern. Die Laserscanner können somit auch bei großen Bipolarplatten stationär bleiben. Dies begünstigt eine hohe Fertigungsgenauigkeit. Sich überlappende Scanfelder können außerdem vorteilhaft für den zuvor bereits erwähnten symmetrischen Wärmeeintrag beim Verschweißen der Einzelplatten sein.
Die zumindest eine Bearbeitungsstation der Vorrichtung kann zumindest einen optischen Sensor, beispielsweise eine Kamera und/oder einen Vision-Sensor aufweisen. Mithilfe des zumindest einen optischen Sensors ist es möglich, eine Position einer mit den beiden Laserscannern erzeugten Schweißverbindung zu prüfen, die beiden Laserscanner zur Herstellung der Schweißverbindung entsprechend anzusteuern und/oder einen Abgleich der Scanfelder der zwei Laserscanner vorzunehmen. Ferner kann der optische Sensor zur Offsetierung, also NullPunkt-Setzung, der Scanfelder in Abhängigkeit der jeweils zu bearbeitenden Einzelplatten und ihrer Aufspannung an der Bearbeitungsstation verwendet werden.
Der zumindest eine optische Sensor kann hierbei in einen der beiden Laserscanner der zumindest einen Bearbeitungsstation integriert sein. Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung weist jeder Laserscanner jeweils einen derartigen, vorzugsweise integrierten, optischen Sensor auf.
Die Vorrichtung kann eine Fördervorrichtung aufweisen, beispielsweise einen Rundtakttisch, über die zumindest eine Bearbeitungsstation, insbesondere die zuvor bereits erwähnten Bearbeitungsstationen, und/oder eine Beschickungsstation und/oder eine Entnahmestation der Vorrichtung fördertechnisch miteinander verbunden sind. Besonders kompakt kann die Vorrichtung gestaltet sein, wenn als Fördervorrichtung ein Rundtakttisch verwendet wird. Um diesen herum können dann die einzelnen Stationen der Vorrichtung auf vergleichsweise kleiner Standfläche angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich die Vorrichtung besonders einfach in ein bestehendes Produktionslayout integrieren. Die Verwendung eines Rundtakttisches kann außerdem eine Anzahl von zur Aufspannung der Einzelplatten verwendeten Spannmittel, die auch als Bodenwerkzeuge bezeichnet und nachfolgend näher erläutert werden, auf ein Minimum reduzieren.
Die Vorrichtung kann für jede Station der Vorrichtung, insbesondere für jede Bearbeitungsstation und/oder für eine, beispielsweise die bereits zuvor erwähnte, Beschickungsstation und/oder für eine, beispielsweise die bereits zuvor erwähnte, Entnahmestation jeweils ein Bodenwerkzeug aufweisen. Das Bodenwerkzeug kann als Transportmittel und Spannmittel für Einzelplatten von herzustellenden Bipolarplatten, aber auch für fertige Bipolarplatten verwendet werden. Wenn die Bodenwerkzeuge als Transportmittel verwendet werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn diese entlang der Fördervorrichtung von Station zu Station der Vorrichtung bewegbar sind. Hierfür können die Bodenwerkzeuge Teil der Fördervorrichtung sein.
Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung kann das zumindest eine Bodenwerkzeug eine aus seiner Ausgangstellung in eine Bearbeitungsstellung bewegbare, insbesondere in vertikaler Richtung anhebbare, Werkstückaufnahme für zumindest eine Einzelplatte und/oder eine fertige Bipolarplatte umfassen.
Mithilfe der Werkstückaufnahme des zumindest einen Bodenwerkzeugs können Einzelplatten einer herzustellenden Bipolarplatte an der zumindest einen Bearbeitungsstation der Vorrichtung zum Verschweißen ordnungsgemäß präsentiert und/oder aufgespannt werden.
Zum Aufspannen der Einzelplatten beim Verschweißen kann jede Bearbeitungsstation der Vorrichtung eine Spannvorrichtung für Einzelplatten einer herzustellenden Bipolarplatte aufweisen, die ein relativ zu den Laserscannern der Bearbeitungsstation stationäres, also ortsfestes Kopfwerkzeug umfasst.
Dem Kopfwerkzeug kann zumindest zeitweise ein bewegliches Bodenwerkzeug der Vorrichtung zugeordnet sein. Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kopfwerkzeug zur Zentrierung des Bodenwerkzeugs und insbesondere seiner vorzugsweise beweglichen Werkstückaufnahme eingerichtet ist. So können das Bodenwerkzeug, seine die Werkstückaufnahme und daran angeordnete Einzelplatten einer herzustellenden Bipolarplatte in ihrer Bearbeitungsstellung ordnungsgemäß ausgerichtet und mithilfe des Kopfwerkzeugs und des Bodenwerkzeugs für die Erzeugung der Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten aufgespannt werden. Auch dies begünstigt eine präzise Fertigung der Bipolarplatten.
Wenn die Vorrichtung zumindest zwei Bearbeitungsstationen umfasst, können wenigsten zwei der Bearbeitungsstationen der Vorrichtung zum unterschiedlichen Aufspannen der Einzelplatten der herzustellenden Bipolarplatten unterschiedliche Kopfwerkzeuge aufweisen. Die Kopfwerkzeuge der Bearbeitungsstationen sind dabei vorzugsweise stationär an den Bearbeitungsstationen und vor allem stationär relativ zu den beiden Laserscannern der jeweiligen Bearbeitungsstation angeordnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist diese zumindest zwei, vorzugsweise insgesamt vier Bodenwerkzeuge auf, die von Station zu Station der Vorrichtung, beispielsweise entlang der zuvor bereits erwähnten Fördervorrichtung, vorzugsweise an dem Rundtakttisch, bewegt werden können.
Auf diese Weise kann zu jedem Arbeitstakt der Vorrichtung jeder Station der Vorrichtung, also beispielsweise der zumindest einen Bearbeitungsstation, der Beschickungsstation und der Entnahmestation, jeweils ein Bodenwerkzeug zugeordnet sein. Die Vorrichtung kann eine Anzahl von Kopfwerkzeugen aufweisen, die der Anzahl der Bearbeitungsstationen entspricht.
Mithilfe der Fördervorrichtung können die Bodenwerkzeuge dann entsprechend dem Fertigungstakt von Station zu Station bewegt werden, um hierbei die Bipolarplatten-Rohlinge bzw. die fertigen Bipolarplatten von Station zu Station zu transportieren.
Die Vorrichtung kann zumindest einen Aktor, insbesondere einen Servomotor, aufweisen, der zur Positionierung einer Werkstückaufnahme eines Bodenwerkzeugs relativ zu einem Kopfwerkzeug einer Bearbeitungsstation eingerichtet ist. Mithilfe eines derartigen Aktors kann die Werkstückaufnahme eines an einer Bearbeitungsstation der Vorrichtung positionierten Bodenwerkzeugs aus ihrer Ausgangsstellung in ihre Bearbeitungsstellung bewegt werden.
Um die Vorrichtung vergleichsweise einfach auf unterschiedliche Bipolarplatten-Muster umrüsten zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zumindest eine Wechselhalterung für das zumindest eine Kopfwerkzeug und/oder das zumindest eine Bodenwerkzeug der Vorrichtung aufweist und/oder das zumindest eine Kopfwerkzeug und/oder das zumindest eine Bodenwerkzeug der Vorrichtung jeweils als Wechselwerkzeuge ausgebildet sind.
Um eine möglichst gute, d.h. fluiddichte, vorzugsweise gasdichte, Schweißverbindung zu erzeugen, kann es ferner vorteilhaft sein, wenn die Vorrichtung eine Schutzbegasungsvorrichtung aufweist. Die Schutzbegasungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, einen Arbeitsraum der zumindest einen Bearbeitungsstation mit einer Schutzgasatmosphäre zu versehen; dies zumindest dann, wenn die Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten einer herzustellenden Bipolarplatte mithilfe der beiden Laserscanner einer Bearbeitungsstation erzeugt werden soll.
Hierbei kann die Schutzbegasungsvorrichtung über ein Kopfwerkzeug und/oder ein Bodenwerkzeugs der Vorrichtung mit dem Arbeitsraum der Bearbeitungsstation verbunden sein. Der Arbeitsraum kann durch das Kopfwerkzeug und/oder das Bodenwerkzeug begrenzt sein. So wird ein vergleichsweise kleiner, begrenzter Arbeitsraum geschaffen, der zur Erzeugung einer Schutzgasatmosphäre in dem Arbeitsraum nur eine geringe Menge Schutzgas benötigt. An dem Kopfwerkzeug und/oder dem Bodenwerkzeug kann ein entsprechender Schutzgasauslass der Schutzbegasungsvorrichtung vorgesehen sein, um Schutzgas in den Arbeitsraum einzuleiten.
Die Vorrichtung kann ferner zumindest eine Handhabungsvorrichtung aufweisen, die zur Beschickung der Vorrichtung mit Einzelplatten und/oder zur Entnahme von fertigen Bipolarplatten eingerichtet ist.
Bei einer Ausführungsform der Handhabungsvorrichtung umfasst diese zumindest einen Roboter, der vorzugsweise als Schwenkarmroboter ausgebildet sein kann. Ferner kann die Handhabungsvorrichtung zumindest einen Greifer, beispielsweise zumindest einen Sauggreifer umfassen. Die Verwendung eines Sauggreifers ermöglicht die besonders schonende Handhabung von Einzelplatten bzw. fertig hergestellten Bipolarplatten.
Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung sind einer Beschickungsstation und einer Entnahmestation der Vorrichtung jeweils eine Handhabungsvorrichtung zugeordnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder in Kombination einzelner oder mehrerer Merkmale des Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:

1 Eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Bipolarplatten, die eine Beschickungsstationen, zwei Bearbeitungsstationen und eine Entnahmestation aufweist, wobei jede der beiden Bearbeitungsstationen zwei stationäre Laserscanner umfasst, die zur Erzeugung einer fluiddichten, nämlich gasdichten, Schweißverbindung zwischen zwei Einzelplatten einer herzustellenden Bipolarplatte eingerichtet sind,
2 eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Vorrichtung, wobei zu erkennen ist, dass die insgesamt vier Stationen der Vorrichtung durch eine Fördervorrichtung, nämlich eine Vertakteinrichtung in Form eines Rundtakttisches miteinander verbunden sind,
3 eine perspektivische Ansicht einer der beiden Bearbeitungsstationen aus den 1 und 2.

Sämtliche Figuren zeigen zumindest Teile einer im Ganzen mit 1 bezeichneten Vorrichtung zur Herstellung von Bipolarplatten 2, wie sie beispielsweise für Brennstoffzellen verwendet werden können.
Die Vorrichtung 1 weist insgesamt zwei Bearbeitungsstationen 3 und 4 auf, die jeweils mit zwei stationäre Laserscanner 5 ausgestattet sind. Die Laserscanner 5 sind zum fluiddichten, nämlich gasdichten, Verschweißen von zwei eine Bipolarplatte 2 bildenden Einzelplatten 6 eingerichtet.
In der ersten Bearbeitungsstation 3 der beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 der Vorrichtung 1 wird dabei ein erster Teil einer Einzelplatten 6 einer Bipolarplatte 2 verbindenden fluiddichten, nämlich gasdichten Schweißverbindung und in der zweiten Bearbeitungsstation 4 der beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 ein zweiter Teil, der die Einzelplatten 6 verbindenden Schweißverbindung erzeugt. Die Erzeugung der gasdichten Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten 6 wird somit auf die beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 der Vorrichtung verteilt.
Die beiden Laserscanner 5 einer Bearbeitungsstation 3 und 4 bilden einen Doppelfeld-Laserscanner. Dies, indem die beiden Laserscanner 5 einer Bearbeitungsstation 3 und 4 jeweils sich überlappende Scanfelder aufweisen. Die Scanfelder der Laserscanner 5 der beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 sind dabei so groß, dass sie die Bearbeitung auch unterschiedlicher Bipolarplatten-Muster erlauben, ohne die Laserscanner 5 hierfür bewegen zu müssen. Die Laserscanner 5 können somit auch bei unterschiedlichen Bipolarplatten-Mustern ortsfest an ihrer Bearbeitungsstation 3 und 4 verbleiben, was die Genauigkeit der Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten 6 bei der Herstellung einer Bipolarplatte 2 begünstigt.
Die Scanfelder der Laserscanner 5 werden in den Figuren mit den mit 7 bezeichneten Laser-Kegeln veranschaulicht. Jede der Bearbeitungsstationen 3 und 4 weist jeweils zumindest einen optischen Sensor 8 auf. Dieser kann beispielsweise als Kamera und/oder als sogenannter Vision-Sensor eines Vision-Systems ausgebildet und in einen der Laserscanner 5 integriert sein.
Die optischen Sensoren 8 der Bearbeitungsstationen 3 und 4 werden unter anderem zur sogenannten Offsetierung der Scanfelder der Laserscanner 5 verwendet. Mit den optischen Sensoren 8 kann bei der Offsetierung somit abhängig von der Geometrie, der Anordnung und der Größe der herzustellenden Bipolarplatte 2 und ihrer Einzelplatten 6 vor dem eigentlichen Laserschweißen ein Nullpunkt definiert werden, von dem aus ein Strahlführung der Laserscanner 5 zum Erzeugen der Schweißverbindung berechnet bzw. vorgegeben wird. Auch dies begünstigt die hochpräzise Fertigung der Bipolarplatten 2. Die optischen Sensoren 8 können auch zum Abgleich der Scanfelder der Laserscanner 5 verwendet werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst auch eine Fördervorrichtung 9, die beim in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 als Vertakteinrichtung, konkret als Rundtakttisch ausgebildet ist. Durch die Fördervorrichtung 9 werden die beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 der Vorrichtung 1 sowie eine Beschickungsstation 10 und eine Entnahmestation 11 der Vorrichtung 1 fördertechnisch miteinander verbunden.
Die Fördervorrichtung 9 in Form des Rundtakttisches der Vorrichtung 1 weist für jede der Stationen 3, 4 sowie 10 und 11 der Vorrichtung 1 jeweils ein Bodenwerkzeug 12 und somit insgesamt vier Bodenwerkzeuge 12 auf. Die vier Bodenwerkzeuge 12 dienen einerseits als Transportmittel für die Einzelplatten 6 bzw. die fertigen Bipolarplatten 2 und andererseits auch als Spannmittel für die Einzelplatten 6 an den Bearbeitungsstationen 3 und 4.
Die insgesamt 4 Bodenwerkzeuge 12 weisen zu diesem Zweck jeweils eine aus einer Ausgangsstellung in eine Bearbeitungsstellung bewegbare, in vertikaler Richtung anhebbare Werkstückaufnahme 13 für zumindest eine Bipolarplatte 2 bzw. für zwei noch unverbundene Einzelplatten 6 einer herzustellenden Bipolarplatte 2 auf.
Jede der beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 weist außerdem eine Spannvorrichtung 14 für Einzelplatten 6 einer herzustellenden Bipolarplatte 2 auf. Die Spannvorrichtung 14 der Bearbeitungsstationen 3 und 4 umfasst ein relativ zu den Laserscannern 5 der jeweiligen Bearbeitungsstation 3 oder 4 stationäres, also ortsfestes Kopfwerkzeug 15. Dadurch haben das Kopfwerkzeug 15 und die beiden Laserscanner 5 einer jeden der beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 unveränderliche Relativpositionen zueinander, was die Fertigungsgenauigkeit beim Erzeugen der Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten 6 einer herzustellenden Bipolarplatte 2 begünstigt.
Insbesondere die 1 und 2 verdeutlichen, dass jedem Kopfwerkzeug 15 zumindest zeitweise ein Bodenwerkzeug 12 der Vorrichtung 1 zugeordnet ist. Die Kopfwerkzeuge 15 sind dazu eingerichtet, die beweglichen Werkstückaufnahmen 13 der Bodenwerkzeuge 12 und daran angeordnete Einzelplatten 6 einer herzustellenden Bipolarplatte 2 in ihrer Bearbeitungsstellung für die ordnungsgemäße Erzeugung der Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten 6 ordnungsgemäß auszurichten und mithilfe des Kopfwerkzeugs 15 und des Bodenwerkzeugs 12 aufzuspannen. Zur ordnungsgemäßen Ausrichtung der Werkstückaufnahmen 13 weisen die Kopfwerkzeuge 15 und/oder die Werkstückaufnahmen 13 entsprechende Zentriermittel auf. Ferner sind die Bodenwerkzeuge 12 schwimmend gelagert, was ihre ordnungsgemäße Ausrichtung und Zentrierung an den Kopfwerkzeugen 15 begünstigt.
Die an den Bearbeitungsstationen 3 und 4 jeweils befindlichen Bodenwerkzeuge 12 werden dabei zumindest zeitweise Bestandteil der Spannvorrichtung 14 der jeweiligen Bearbeitungsstation 3 und 4.
Die Vorrichtung 1 weist insgesamt vier Bodenwerkzeuge 12 auf, die mithilfe der als Rundtakttisch ausgebildeten Fördervorrichtung 9 getaktet von Station zu Station der Vorrichtung 1 bewegt werden können. Die Bearbeitungsstationen 3 und 4 der Vorrichtung 1 weisen jeweils einen Aktor 16, nämlich einen Servomotor, auf, der zur Positionierung einer Werkstückaufnahme 13 eines Bodenwerkzeugs 12, das an der jeweiligen Bearbeitungsstation 3 oder 4 angeordnet ist, relativ zu dem jeweiligen Kopfwerkzeug 15 der jeweiligen Bearbeitungsstation 3 bzw. 4 eingerichtet ist.
Der Servomotor ist zur Erzeugung eines vertikalen Hubs eingerichtet, durch den die Werkstückaufnahme 3 in eine Bearbeitungsposition oder auch Spannposition an dem Kopfwerkzeug 15 gelangt.
Sowohl für die Kopfwerkzeuge 15 als auch für die Bodenwerkzeuge 12 weist die Vorrichtung 1 entsprechende Wechselhalterungen 17 auf. Ferner sind sowohl die Kopfwerkzeuge 15 als auch die Bodenwerkzeuge 12 als Wechselwerkzeuge ausgebildet, so dass sie aufgrund der Wechselhalterung 17 vergleichsweise einfach gegen anders ausgebildete Kopfwerkzeuge 15 bzw. Bodenwerkzeuge 12 ausgetauscht werden können. So lässt sich die Vorrichtung 1 einfach umrüsten, um Bipolarplatten 2 nach anderen Bipolarplatten-Mustern zu fertigen.
Die Kopfwerkzeuge 15 der beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 unterscheiden sich voneinander insofern, als dass sie unterschiedliche Aufspannungen der Einzelplatten 6 einer herzustellenden Bipolarplatte 2 erlauben. Dies ermöglicht es, in der ersten Bearbeitungsstation 3 einen anderen Teil der Schweißverbindung zwischen den beiden Einzelplatten 6 der herzustellenden Bipolarplatte 2 als in der zweiten Bearbeitungsstation 4 zu erzeugen. Die zweite Bearbeitungsstation 4 weist ein anders gestaltetes Kopfwerkzeug 15 als die erste Bearbeitungsstation 3 auf, mit dem die Einzelplatten 6 der herzustellenden Bipolarplatte 2 an anderen Stellen aufgespannt werden. Die andere Aufspannung ermöglicht dann dementsprechend die Erzeugung der übrigen Teile der Schweißverbindung mithilfe der beiden Laserscanner 5 der zweiten Bearbeitungsstation 4.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Schutzbegasungsvorrichtung 18, die dazu eingerichtet ist, einen Arbeitsraum 19 der jeweiligen Bearbeitungsstation 3 bzw. 4 der Vorrichtung mit einer Schutzgasatmosphäre zu versehen. Dies kann die Qualität der Schweißverbindung, die mithilfe der Laserscanner 5 der jeweiligen Bearbeitungsstation 3 und 4 erzeugt wird, günstig beeinflussen.
Die Schutzbegasungsvorrichtung 18 weist an jeder Bearbeitungsstation 3 bzw. 4, beispielsweise an dem Kopfwerkzeug 15 und/oder an dem Bodenwerkzeug 12, einen Schutzgasauslass 20 auf, über den Schutzgas in den jeweiligen Arbeitsraum 19 eingelassen werden kann. Dadurch, dass der Arbeitsraum 19 durch das jeweilige Kopfwerkzeug 15 und Bodenwerkzeug 12 begrenzt wird, ist er vergleichsweise klein, was den Bedarf an Schutzgas zur Erzeugung einer Schutzgasatmosphäre in günstiger Weise verringert.
Die 1 und 2 verdeutlichen, dass die Vorrichtung 1 ferner zwei Handhabungsvorrichtungen 21 aufweist, die zur Beschickung der Vorrichtung 1 mit Einzelplatten 6 bzw. zur Entnahme von fertigen Bipolarplatten 2 eingerichtet sind. Die beiden Handhabungsvorrichtungen 21 sind benachbart zu dem Rundtakttisch der Fördervorrichtung 9 angeordnet und umfassen jeweils einen Schwenkarmroboter 22, der einen Sauggreifer 23 aufweist. Der Sauggreifer 23 erlaubt die besonders schonende Handhabung der Einzelplatten 6 wie auch der fertigen Bipolarplatten 2.
Die Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, beispielsweise durch zumindest eine dazu eingerichtete Steuereinheit 24, die Laserscanner 5 der beiden Bearbeitungsstationen 3 und 4 so anzusteuern, dass die Schweißverbindung zwischen zwei beiden Einzelplatten 6 symmetrisch erzeugt wird und beim Erzeugen der Schweißverbindung zwischen zwei Einzelplatten 6 ein symmetrischer Wärmeeintrag in die Einzelplatten 6 erfolgt.
Die Erfindung befasst sich mit Verbesserungen auf dem technischen Gebiet der Herstellung von Bipolarplatten 2, wie sie beispielsweise für Brennstoffzellen eingesetzt werden. Hierzu wird eine Vorrichtung 1 vorgeschlagen, die an zumindest einer Bearbeitungsstation 3,4 zwei ortsfeste Laserscanner 5 aufweist, die zum vorzugsweise fluiddichten Verschweißen von Einzelplatten 6 einer herzustellenden Bipolarplatte 2 eingerichtet sind.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Bipolarplatte
3: erste Bearbeitungsstation
4: zweite Bearbeitungsstation
5: Laserscanner
6: Einzelplatte
7: Laser-Kegel
8: optischer Sensor
9: Fördervorrichtung
10: Beschickungsstation
11: Entnahmestation
12: Bodenwerkzeug
13: Werkstückaufnahme
14: Spannvorrichtung
15: Kopfwerkzeug
16: Aktor
17: Wechselhalterung
18: Schutzbegasungsvorrichtung
19: Arbeitsraum
20: Schutzgasauslass
21: Handhabungsvorrichtung
22: Schwenkarmroboter
23: Sauggreifer
24: Steuereinheit

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung von Bipolarplatten (2), insbesondere für Brennstoffzellen, mit wenigstens einer Bearbeitungsstation (3,4), die zumindest zwei stationäre Laserscanner (5) umfasst, die zur Erzeugung einer vorzugsweise fluiddichten, insbesondere gasdichten, Schweißverbindung zwischen zwei eine Bipolarplatte (2) bildenden Einzelplatten (6) eingerichtet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, beispielsweise durch zumindest eine dazu eingerichtete Steuereinheit (24), die beiden Laserscanner (5) der zumindest einen Bearbeitungsstation (3,4) so anzusteuern, dass die Schweißverbindung zwischen zwei Einzelplatten (3) symmetrisch erzeugt wird und/oder beim Erzeugen der Schweißverbindung zwischen zwei Einzelplatten (6) ein symmetrischer Wärmeeintrag in die Einzelplatten (6) erfolgt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 mit zumindest zwei Bearbeitungsstationen (3,4), die jeweils zwei stationäre Laserscanner (5) umfassen, die zur Erzeugung einer vorzugsweise fluiddichten, insbesondere gasdichten, Schweißverbindung zwischen zwei eine Bipolarplatte (2) bildenden Einzelplatten (6) eingerichtet sind.
Vorrichtung (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei in einer ersten Bearbeitungsstation (3) der beiden Bearbeitungsstationen (3,4) ein erster Teil einer Einzelplatten (6) einer Bipolarplatte (2) verbindenden, vorzugsweise fluiddichten, Schweißverbindung und in einer zweiten Bearbeitungsstation (4) ein zweiter Teil der die Einzelplatten (6) verbindenden Schweißverbindung erzeugbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden Laserscanner (5) einer Bearbeitungsstation (3,4) einen Doppelfeld-Laserscanner bilden und/oder wobei die Laserscanner (5) einer Bearbeitungsstation (3,4) sich überlappende Scanfelder aufweisen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest eine Bearbeitungsstation (3,4) zumindest einen optischen Sensor (8), beispielsweise eine Kamera und/oder einen Vision-Sensor, zur Prüfung einer Position einer mit den beiden Laserscannern erzeugten Schweißverbindung und/oder zur Steuerung der beiden Laserscanner und/oder zum Abgleich von Scanfeldern und/oder zur Offsetierung von Scanfeldern der zwei Laserscanner aufweist, insbesondere wobei der zumindest eine optische Sensor (8) in einen Laserscanner integriert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) eine Fördervorrichtung (9), insbesondere einen Rundtakttisch, über die zumindest eine Bearbeitungsstation (3,4), insbesondere die beiden Bearbeitungsstationen (3,4), und/oder eine Beschickungsstation (10) und/oder eine Entnahmestation (11) fördertechnisch miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1), insbesondere der Rundtakttisch der Vorrichtung (1), für jede Station (3,4,10,11) der Vorrichtung (1), insbesondere für jede Bearbeitungsstation (3,4) und/oder für eine oder die Beschickungsstation (10) und/oder für eine oder die Entnahmestation (11), jeweils ein Bodenwerkzeug (12) aufweist, das eine aus einer Ausgangstellung in eine Bearbeitungsstellung bewegbare, insbesondere in vertikaler Richtung anhebbare, Werkstückaufnahme (13) für zumindest eine Bipolarplatte (2) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jede Bearbeitungsstation (3,4) der Vorrichtung (1) eine Spannvorrichtung (14) für Einzelplatten (6) einer herzustellenden Bipolarplatte (2) mit einem relativ zu den Laserscannern (5) der Bearbeitungsstation (3,4) stationären Kopfwerkzeug (15) aufweist, insbesondere wobei zwei Bearbeitungsstationen (3,4) der Vorrichtung (1) unterschiedliche Kopfwerkzeuge (15) aufweisen, um Einzelplatten (6) und/oder eine Bipolarplatte (2) unterschiedlich aufzuspannen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dem Kopfwerkzeug (15) zumindest zeitweise ein bewegliches Bodenwerkzeug (12), das eine Werkstückaufnahme (13) aufweist, zugeordnet ist, wobei das Bodenwerkzeug (12) mithilfe des Kopfwerkzeugs (15) zentrierbar ist, um die Werkstückaufnahme (13) und daran angeordnete Einzelplatten (6) einer herzustellenden Bipolarplatte (2) in ihrer Bearbeitungsstellung ordnungsgemäß auszurichten und mithilfe des Kopfwerkzeugs (15) und des Bodenwerkzeugs (12) aufzuspannen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) zumindest zwei Bodenwerkzeuge (12) aufweist, die von Station zu Station der Vorrichtung (1) bewegbar sind, insbesondere mit der Fördervorrichtung (9).
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) zumindest einen Aktor (16), insbesondere einen Servomotor, aufweist, der zur Positionierung einer Werkstückaufnahme (13) eines Bodenwerkzeugs (12) relativ zu einem Kopfwerkzeug (15) einer Bearbeitungsstation (3,4) eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) für das zumindest eine Kopfwerkzeug (15) und/oder für das zumindest eine Bodenwerkzeug (12) eine Wechselhalterung (17) aufweist und/oder wobei das zumindest eine Kopfwerkzeug (15) und/oder das zumindest eine Bodenwerkzeug (12) als Wechselwerkzeug ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) eine Schutzbegasungsvorrichtung (18) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Arbeitsraum (19) der zumindest einen Bearbeitungsstation (3,4) mit einer Schutzgasatmosphäre zu versehen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung zumindest eine Handhabungsvorrichtung (21) aufweist, die zur Beschickung der Vorrichtung (1) mit Einzelplatten (6) und/oder zur Entnahme von Bipolarplatten (2) eingerichtet ist, vorzugsweise wobei die zumindest eine Handhabungsvorrichtung (21) zumindest einen Roboter, vorzugsweise zumindest einen Schwenkarmroboter (22), und/oder zumindest einem Greifer und/oder Sauggreifer (23) umfasst.