DE102022122437A1 - System and method for leak testing of thin-film elements - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System (10) zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen (100), mit- wenigstens zwei aufeinander stapelbare Trägereinheiten (11) zur Aufnahme wenigstens eines Dünnschichtelements (100), die im gestapelten Zustand einen Prüfstapel (12) bilden, wobei die erste Trägereinheit (11a) wenigstens einen ersten Aufnahmebereich (13) und die zweite Trägereinheit (11b) wenigstens einen zweiten Aufnahmebereich (14) für das Dünnschichtelement (100) aufweisen;- wenigstens einer Zuführeinrichtung (15), die in einer Messstellung (MS) des Prüfstapels (12) mit dem ersten Aufnahmebereich (13) der ersten Trägereinheit (11a) fluidverbindbar oder fluidverbunden ist, um das Dünnschichtelement (100) mit einem Prüfmedium, insbesondere einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, zu beaufschlagen; und- wenigstens einer Messeinrichtung (16), die in der Messstellung (MS) des Prüfstapels (12) zumindest mit dem zweiten Aufnahmebereich (14) der zweiten Trägereinheit (11b) fluidverbunden oder fluidverbindbar ist und dazu angepasst ist, einen Leckageanteil des Prüfmediums zu erfassen.The invention relates to a system (10) for leak testing of thin-film elements (100), with at least two support units (11) that can be stacked on top of each other for holding at least one thin-film element (100), which form a test stack (12) when stacked, the first support unit (11a) have at least one first receiving area (13) and the second carrier unit (11b) have at least one second receiving area (14) for the thin-film element (100); - at least one feed device (15) which is in a measuring position (MS) of the test stack ( 12) is fluidly connectable or fluidly connected to the first receiving region (13) of the first carrier unit (11a) in order to apply a test medium, in particular a gas and/or a liquid, to the thin-film element (100); and - at least one measuring device (16), which in the measuring position (MS) of the test stack (12) is fluidly connected or fluidly connectable at least to the second receiving area (14) of the second carrier unit (11b) and is adapted to detect a leakage portion of the test medium .
Description
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen.The invention relates to a system and a method for leak testing of thin-film elements.
Im Rahmen der Fertigung von Dünnschichtelementen ist es erforderlich, die Dünnschichtelemente auf ihre Dichtheit zu überprüfen. Derartige Dünnschichtelemente sind beispielsweise Membran-Elektroden-Baugruppen von Brennstoffzellen oder Bipolarplatten. Wesentlich für die Serienfertigung von solchen Dünnschichtelementen sind geringe Taktzeiten, wobei mit den aktuell zur Verfügung stehenden Prüfvorrichtungen lediglich Taktzeiten von mehreren Sekunden für die Dichtheitsprüfung realisierbar sind. In der Praxis werden daher mehrere Prüfvorrichtung parallel betrieben, um eine entsprechend hohe Anzahl von Dünnschichtelementen zu prüfen. Durch Anschaffung und den parallelen Betrieb mehrere Prüfvorrichtungen entstehen somit hohe Kosten. Zusätzlich besteht ein hoher Platzbedarf durch das Bereitstellen von mehreren Prüfplätzen in der Produktion.As part of the production of thin-film elements, it is necessary to check the thin-film elements for leaks. Such thin-film elements are, for example, membrane-electrode assemblies of fuel cells or bipolar plates. Short cycle times are essential for the series production of such thin-film elements, although cycle times of several seconds for leak testing can only be achieved with the currently available testing devices. In practice, several testing devices are therefore operated in parallel in order to test a correspondingly high number of thin-film elements. Purchasing and operating multiple test devices in parallel results in high costs. In addition, there is a high space requirement due to the provision of several test stations in production.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein System zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen anzugeben, das durch einen verbesserten konstruktiven Aufbau kompakt und kostengünstig ist sowie verringerte Taktzeiten ermöglicht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen anzugeben.The invention is therefore based on the object of specifying a system for leak testing of thin-film elements which, thanks to an improved structural design, is compact and cost-effective and enables reduced cycle times. Furthermore, the invention is based on the object of specifying a method for leak testing of thin-film elements.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das System durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die vorstehend genannte Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 16 gelöst.According to the invention, this object is achieved with regard to the system by the subject matter of claim 1. With regard to the method, the above-mentioned task is solved by the subject matter of
Konkret wird die Aufgabe durch ein System zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen gelöst, wobei das System folgendes umfasst:
- - wenigstens zwei aufeinander stapelbare Trägereinheiten zur Aufnahme wenigstens eines Dünnschichtelements, die im gestapelten Zustand einen Prüfstapel bilden, wobei die erste Trägereinheit wenigstens einen ersten Aufnahmebereich und die zweite Trägereinheit wenigstens einen zweiten Aufnahmebereich für das Dünnschichtelement aufweisen;
- - wenigstens eine Zuführeinrichtung, die in einer Messstellung des Prüfstapels mit dem ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit fluidverbindbar oder fluidverbunden ist, um das Dünnschichtelement mit einem Prüfmedium, insbesondere einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, zu beaufschlagen; und
- - wenigstens eine Messeinrichtung, die in der Messstellung des Prüfstapels zumindest mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit fluidverbunden oder fluidverbindbar ist und dazu angepasst ist, einen Leckageanteil des Prüfmediums zu erfassen.
- - at least two carrier units that can be stacked on top of each other for receiving at least one thin-film element, which form a test stack in the stacked state, the first carrier unit having at least a first receiving area and the second carrier unit having at least a second receiving area for the thin-film element;
- - at least one feed device which, in a measuring position of the test stack, can be fluidly connected or is fluidly connected to the first receiving region of the first carrier unit in order to apply a test medium, in particular a gas and/or a liquid, to the thin-film element; and
- - at least one measuring device, which in the measuring position of the test stack is fluidly connected or fluidly connectable at least to the second receiving area of the second carrier unit and is adapted to detect a leakage portion of the test medium.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass in der Messstellung einerseits die Zuführeinrichtung mit dem ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit und andererseits die Messeinrichtung mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit fluidverbindbar ist. Der Verbindungsvorgang ist zeitlich parallel durchführbar, wodurch Zeit eingespart wird. Die Zuführeinrichtung und/oder die Messeinrichtung sind direkt oder indirekt mit dem jeweils zugeordneten Aufnahmebereich in der Messstellung fluidverbindbar bzw. fluidverbunden.The invention has the advantage that in the measuring position, on the one hand, the feed device can be fluidly connected to the first receiving area of the first carrier unit and, on the other hand, the measuring device can be fluidly connected to the second receiving area of the second carrier unit. The connection process can be carried out in parallel, which saves time. The feed device and/or the measuring device can be fluidly connected or are fluidly connected directly or indirectly to the respectively assigned receiving area in the measuring position.
Des Weiteren bildet der Prüfstapel vorteilhaft eine kompakte Bauform zum Transportieren sowie zum Dichtheitsprüfen des wenigstens einen Dünnschichtelements. Das Dünnschichtelement ist daher durch den Prüfstapel einfach und schnell an der Messstellung positionierbar bzw. aus dieser abtransportierbar. Hinzukommend ermöglicht das Aufstapeln von mehr als zwei Trägereinheiten die Aufnahme einer Vielzahl von Dünnschichtelementen. Die Trägereinheiten können insbesondere jeweils wenigstens den ersten Aufnahmebereich und den zweiten Aufnahmebereich aufweisen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Trägereinheiten angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Trägereinheiten identisch.Furthermore, the test stack advantageously forms a compact design for transporting and for leak testing of the at least one thin-film element. The thin-film element can therefore be positioned easily and quickly at the measuring position or removed from it using the test stack. In addition, stacking more than two carrier units makes it possible to accommodate a large number of thin-film elements. The carrier units can in particular each have at least the first receiving area and the second receiving area, which are arranged on opposite sides of the carrier units. The carrier units are particularly preferably identical.
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße System je Trägereinheit wenigstens eine Zuführeinrichtung zum Beaufschlagen eines Dünnschichtelements mit einem Prüfmedium auf. Die Zuführeinrichtung ist vorzugsweise mit dem ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit in der Messstellung fluidverbindbar bzw. fluidverbunden. Zusätzlich weist das erfindungsgemäße System vorzugsweise wenigstens eine Messeinrichtung je Trägereinheit zum Erfassen eines Leckageanteils auf. Die Messreinrichtung ist vorzugsweise mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit in der Messstellung fluidverbindbar bzw. fluidverbunden.The system according to the invention preferably has at least one feed device per carrier unit for applying a test medium to a thin-film element. The feed device is preferably fluidly connectable or fluidly connected to the first receiving area of the first carrier unit in the measuring position. In addition, the system according to the invention preferably has at least one measuring device per carrier unit for detecting a leakage component. The measuring device is preferably fluidly connectable or fluidly connected to the second receiving area of the second carrier unit in the measuring position.
Die Bildung eines Prüfstapels hat somit den Vorteil, dass je nach Anzahl der aufgestapelten Trägereinheiten eine Vielzahl von Dünnschichtelementen transportierbar und auf ihre Dichtheit überprüfbar sind. Daraus ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Taktzeiten zur Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente erheblich reduziert sind. Insbesondere sind dadurch Taktzeiten unter einer Sekunde realisierbar.The formation of a test stack therefore has the advantage that, depending on the number of carrier units stacked, a large number of thin-film elements can be transported and checked for leaks. This has the particular advantage that the cycle times for leak testing of the thin-film elements are significantly reduced. In particular, cycle times of less than one second can be achieved.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht somit den Entfall von mehreren Prüfvorrichtungen, die parallel betrieben werden müssen, um eine entsprechend hohe Anzahl von Dichtheitsprüfungen in kurzer Zeit durchzuführen. Dadurch sind Platzbedarf und Kosten reduziert.The system according to the invention thus makes it possible to eliminate the need for several test devices that have to be operated in parallel in order to carry out a correspondingly high number of leak tests in a short time. This reduces space requirements and costs.
Die beiden Trägereinheiten weisen jeweils einen Aufnahmebereich auf, in denen im Gebrauch ein Dünnschichtelement eingelegt ist. Vorzugsweise umfassen die beiden Aufnahmebereiche der Trägereinheiten eine Ausnehmung, in die das Dünnschichtelement einlegbar ist. Erst im aufeinander gestapelten Zustand der beiden Trägereinheiten ist das Dünnschichtelement in den beiden Aufnahmebereichen der zwei gegenüberliegenden Trägereinheiten aufgenommen. Befindet sich der Prüfstapel in der Messstellung des Systems erfolgt die Dichtheitsprüfung des Dünnschichtelements.The two carrier units each have a receiving area in which a thin-film element is inserted during use. The two receiving areas of the carrier units preferably include a recess into which the thin-film element can be inserted. Only when the two carrier units are stacked on top of each other is the thin-film element accommodated in the two receiving areas of the two opposite carrier units. If the test stack is in the measuring position of the system, the thin-film element is tested for leaks.
Im Rahmen der Anmeldung wird ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen offenbart und beansprucht, bei dem wenigstens zwei der Trägereinheiten zur Aufnahme wenigstens eines Dünnschichtelements zur Bildung eines Prüfstapels aufeinandergestapelt werden. Die erste Trägereinheit weist dabei wenigstens den ersten Aufnahmebereich und die zweite Trägereinheit wenigstens den zweiten Aufnahmebereich für das Dünnschichtelement auf. Anschließend wird die Zuführeinrichtung in der Messstellung des Prüfstapels mit dem ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit fluidverbunden. Die Zuführeinrichtung beaufschlagt dann das Dünnschichtelement mit dem Prüfmedium, insbesondere einem Gas und/oder einer Flüssigkeit. Des Weiteren wird die Messeinrichtung in der Messstellung des Prüfstapels mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit fluidverbunden und erfasst einen Leckageanteil des Prüfmediums. Das Verbinden der Zuführeinrichtung und der Messeinrichtung erfolgt vorzugsweise simultan. Besonders bevorzugt erfolgt die Durchführung des Verfahrens mittels dem erfindungsgemäßen System.As part of the application, a method for leak testing of thin-film elements is disclosed and claimed, in which at least two of the carrier units are stacked on top of each other to accommodate at least one thin-film element to form a test stack. The first carrier unit has at least the first receiving area and the second carrier unit has at least the second receiving area for the thin-film element. The feed device is then fluidly connected to the first receiving area of the first carrier unit in the measuring position of the test stack. The feed device then applies the test medium, in particular a gas and/or a liquid, to the thin-film element. Furthermore, in the measuring position of the test stack, the measuring device is fluidly connected to the second receiving area of the second carrier unit and detects a leakage portion of the test medium. The connection of the feed device and the measuring device preferably takes place simultaneously. The method is particularly preferably carried out using the system according to the invention.
Für die Erfassung des Leckageanteils des Prüfmedium, wird vorzugsweise Luft oder ein Tracergas eingesetzt. Das Tracergas, Luft oder ein Gasgemisch mit Tracergas wird vorzugsweise unter Druck in den ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit eingebracht, sodass das Dünnschichtelement auf einer ersten Seite mit dem Prüfmedium beaufschlagt ist/wird. Durch ein entstehendes Druckgefälle zwischen den beiden Aufnahmebereichen dringt das Prüfmedium durch kleinste Öffnungen des Dünnschichtelements und tritt auf der anderen, d.h. gegenüberliegenden Seite in den zweiten Aufnahmeraum der zweiten Trägereinheit aus. Hier entsteht ein Anstieg des Drucks bzw. der Tracergas-Konzentration (Leckageanteil), der/die durch die Messeinrichtung erfasst wird. Wesentlich für die Erfassung des Leckageanteils des Prüfmediums ist das entstehende Druckgefälle von dem ersten Aufnahmeraum der ersten Trägereinheit zu dem zweiten Aufnahmeraum der zweiten Trägereinheit. Es ist möglich, dass das Druckgefälle zwischen den beiden Aufnahmebereichen alternativ durch ein angelegtes Vakuum erzeugt wird.Air or a tracer gas is preferably used to record the leakage proportion of the test medium. The tracer gas, air or a gas mixture with tracer gas is preferably introduced under pressure into the first receiving area of the first carrier unit, so that the thin-film element is/is exposed to the test medium on a first side. Due to a resulting pressure gradient between the two receiving areas, the test medium penetrates through the smallest openings in the thin-film element and exits on the other, i.e. opposite side into the second receiving space of the second carrier unit. This creates an increase in the pressure or the tracer gas concentration (leakage component), which is detected by the measuring device. The resulting pressure drop from the first receiving space of the first carrier unit to the second receiving space of the second carrier unit is essential for detecting the leakage proportion of the test medium. It is possible that the pressure gradient between the two recording areas can alternatively be generated by an applied vacuum.
Der erste Aufnahmebereich umfasst vorzugsweise wenigstens einen ersten Druckraum, mit dem die Zuführeinrichtung in der Messstellung fluidverbunden ist/wird. Der zweite Aufnahmebereich weist bevorzugt wenigstens einen zweiten Druckraum auf, mit dem die Messeinrichtung in der Messstellung fluidverbunden ist/wird.The first receiving area preferably comprises at least a first pressure chamber with which the feed device is/is fluidly connected in the measuring position. The second receiving area preferably has at least one second pressure chamber with which the measuring device is/is fluidly connected in the measuring position.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.Advantageous embodiments of the invention are mentioned in the subclaims.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Trägereinheiten jeweils wenigstens einen integrierten Kanal auf, der mit dem Aufnahmebereich verbunden ist, um das Prüfmedium dem Dünnschichtelement zuzuführen und/oder den Leckageanteil des Prüfmediums von dem Dünnschichtelement abzuführen. Die Trägereinheiten umfassen vorzugsweise jeweils wenigstens einen Aufnahmeblock, insbesondere eine Trägerplatte, in dem/der der Kanal integriert ist. Besonders bevorzugt weisen die Trägereinheiten jeweils zwei integrierte Kanäle auf, wobei ein erster Kanal mit dem ersten Aufnahmebereich und ein zweiter Kanal mit dem zweiten Aufnahmebereich der jeweiligen Trägereinheit verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass die Trägereinheiten kompakt aufgebaut sind.In a preferred embodiment, the carrier units each have at least one integrated channel which is connected to the receiving area in order to supply the test medium to the thin-film element and/or to remove the leakage portion of the test medium from the thin-film element. The carrier units preferably each comprise at least one receiving block, in particular a carrier plate, in which the channel is integrated. Particularly preferably, the carrier units each have two integrated channels, with a first channel being connected to the first receiving area and a second channel being connected to the second receiving area of the respective carrier unit. The advantage of this embodiment is that the carrier units have a compact structure.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Trägereinheiten jeweils wenigstens einen Anschluss zum Verbinden der Zuführeinrichtung und/oder Messeinrichtung auf, der mit dem Aufnahmebereich der Trägereinheit fluidverbunden ist. Ein solcher Anschluss ermöglicht die schnelle und einfache Verbindung der Zuführ- und/oder Messeinrichtung mit dem zugeordneten Aufnahmebereich.In a further preferred embodiment, the carrier units each have at least one connection for connecting the feed device and/or measuring device, which is fluidly connected to the receiving area of the carrier unit. Such a connection enables the feeding and/or measuring device to be connected quickly and easily to the assigned receiving area.
Vorzugsweise umfassen die Trägereinheiten jeweils wenigstens einen ersten Anschluss für die Zuführeinrichtung und/oder wenigstens einen zweiten Anschluss für die Messeinrichtung. Durch den Anschluss ist bevorzugt die Zuführeinrichtung bzw. die Messeinrichtung über den integrierten Kanal mit dem Aufnahmebereich in der Messstellung fluidverbindbar oder fluidverbunden.Preferably, the carrier units each comprise at least one first connection for the feed device and/or at least one second connection for the measuring device. Through the connection, the feed device or the measuring device is preferably fluidly connected or fluidly connected to the receiving area in the measuring position via the integrated channel.
Der wenigstens eine Anschluss ist vorzugsweise in Querrichtung oder in Vertikalrichtung der gestapelten Trägereinheiten ausgerichtet. Mit anderen Worten kann der Anschluss an der Trägereinheit seitlich, d.h. an einer Seitenwand der Trägereinheit angeordnet sein. Alternativ kann der Anschluss in der Vertikalrichtung des Prüfstapels oben oder unten an der Trägereinheit angeordnet sein. Diese Ausführungsformen ermöglichen ein schnelles Heran- und Wegführen der Zuführ- und Messeinrichtung.The at least one connection is preferably aligned in the transverse direction or in the vertical direction of the stacked carrier units. In other words, the connection to the carrier unit be arranged laterally, ie on a side wall of the carrier unit. Alternatively, the connection can be arranged at the top or bottom of the carrier unit in the vertical direction of the test stack. These embodiments enable the feeding and measuring device to be brought in and away quickly.
Der Prüfstapel ist während dem Prüfprozess stehend, d.h. vertikal ausgerichtet, wobei die Trägereinheiten die einzelnen Schichten des Stapels bilden. Im Rahmen der Anmeldung beziehen sich die Begriffe „oben“, „unten“, „Oberseite“ und „Unterseite“ auf die Vertikalrichtung, insbesondere des Prüfstapels.During the testing process, the test stack is standing, i.e. aligned vertically, with the support units forming the individual layers of the stack. As part of the registration, the terms “top”, “bottom”, “top” and “bottom” refer to the vertical direction, in particular of the test stack.
Bevorzugt weisen die Trägereinheiten jeweils wenigstens einen Dichtungsbereich auf, der im gestapelten Zustand die Trägereinheiten gegeneinander fluiddicht abdichtet. Dies ist erforderlich, um während der Dichtheitsprüfung ein unerwünschtes Austreten des Prüfmediums zu verhindern. Der Dichtungsbereich erstreckt sich bevorzugt um den jeweiligen Aufnahmebereich der Trägereinheit.The carrier units preferably each have at least one sealing area which, when stacked, seals the carrier units against one another in a fluid-tight manner. This is necessary to prevent unwanted leakage of the test medium during the leak test. The sealing area preferably extends around the respective receiving area of the carrier unit.
Um die beiden Trägereinheiten zum Stapeln formschlüssig miteinander zu verbinden, weisen die Trägereinheiten wenigstens ein Formschlusselement, insbesondere einen Fortsatz, und/oder wenigstens eine mit dem Formschlusselement korrespondierende Aufnahme auf. Besonders bevorzugt ermöglichen die Formschlusselemente eine lösbare Verbindung der beiden Trägereinheiten. Vorzugsweise werden die Trägereinheiten zur Bildung des Prüfstapels aufeinander gesteckt. Hier ist von Vorteil, dass die Trägereinheiten in einfacher Weise auf- und abstapelbar sind und somit sicher aufeinander gehalten werden. Dies trägt ebenfalls zur Verringerung der Taktzeiten bei.In order to connect the two support units to one another in a form-fitting manner for stacking, the support units have at least one form-fitting element, in particular an extension, and/or at least one receptacle corresponding to the form-fitting element. Particularly preferably, the form-fitting elements enable a detachable connection of the two carrier units. Preferably, the carrier units are stacked on top of each other to form the test stack. The advantage here is that the carrier units can be stacked and unstacked in a simple manner and are therefore held securely on one another. This also contributes to reducing cycle times.
Besonders bevorzugt weist die Messeinrichtung wenigstens einen Sensor, insbesondere einen Helium-, Wasserstoff- oder Stickstoffsensor, auf, der dazu angepasst ist, einen Volumenstrom und/oder einen Druckwert und/oder eine Gaskonzentration des Prüfmediums zu erfassen. Bislang umfassen die Messeinrichtungen in der Praxis oftmals ein Massenspektrometer, das sehr teuer ist. Versuche haben allerdings ergeben, dass neben einem Massenspektrometer Sensoren, die bspw. Helium-, Wasserstoff oder Stickstoff detektieren, für die Messung des Leckageanteils geeignet sind. Diese sind kostengünstig, sodass bevorzugt je Aufnahmebereich ein solcher Sensor vorgesehen ist.Particularly preferably, the measuring device has at least one sensor, in particular a helium, hydrogen or nitrogen sensor, which is adapted to detect a volume flow and/or a pressure value and/or a gas concentration of the test medium. To date, the measuring devices in practice have often included a mass spectrometer, which is very expensive. However, tests have shown that, in addition to a mass spectrometer, sensors that detect helium, hydrogen or nitrogen, for example, are suitable for measuring the proportion of leakage. These are inexpensive, so that one such sensor is preferably provided for each recording area.
Um die Messeinrichtung in der Messstellung mit der zweiten Trägereinheit zu verbinden, weist die Messeinrichtung vorzugsweise wenigstens einen Adapter und wenigstens einen Stellantrieb auf. Der Stellantrieb verbindet den Adapter zur Leckagemessung mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit lösbar. Durch den Stellantrieb wird der Adapter in der Messstellung an die Trägereinheit geführt und mit dieser derart verbunden, dass der zweite Aufnahmebereich und die Messeinrichtung fluidverbunden sind. Der Adapter ermöglicht eine dichte Verbindung zwischen der Trägereinheit und der Messeinrichtung. Vorzugsweise ist durch den Stellantrieb ist eine Anpresskraft des Adapters einstellbar. Bevorzugt wird der Adapter an die Trägereinheit gepresst und mit dem integrierten Kanal verbunden. Mit dieser Ausführungsform wird eine automatisierbare Ankopplung der Messeinrichtung an die Trägereinheit bereitgestellt, die ein Verringerung der Taktzeit ermöglicht.In order to connect the measuring device to the second carrier unit in the measuring position, the measuring device preferably has at least one adapter and at least one actuator. The actuator releasably connects the adapter for leakage measurement to the second receiving area of the second carrier unit. The adapter is guided to the carrier unit in the measuring position by the actuator and connected to it in such a way that the second receiving area and the measuring device are fluidly connected. The adapter enables a tight connection between the carrier unit and the measuring device. Preferably, a contact pressure of the adapter can be adjusted by the actuator. The adapter is preferably pressed onto the carrier unit and connected to the integrated channel. This embodiment provides an automatable coupling of the measuring device to the carrier unit, which enables the cycle time to be reduced.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das System wenigstens eine Presseinrichtung auf, die den Prüfstapel in der Messstellung derart zusammenpresst, dass die Trägereinheiten gegeneinander fluiddicht abgedichtet sind. Bevorzugt presst die Presseinrichtung in der Messstellung die Dichtbereiche der Trägereinheiten so aneinander, dass eine fluiddichte Verbindung zwischen den Trägereinheiten in den Aufnahmebereichen besteht. Die Presseinrichtung kann dazu wenigstens einen Antrieb mit einstellbarer Kraft und wenigstens eine Linearachse mit einstellbarem Hub umfassen, um einen Stempel von oben auf den Prüfstapel zu pressen. Der Stempel ist vorzugsweise Teil der Presseinrichtung und kann wenigstens eine Dichtung und/oder eine Matrize aufweisen, die den Stapel im Presszustand in einem Kontaktbereich des Stempelt mit der angrenzenden Trägereinheit abdichtet. Die Presseinrichtung stellt eine einfach zu realisierende Maßnahme dar, um den Prüfstapel zum Dichtheitsprüfen abzudichten.In a preferred embodiment, the system has at least one pressing device which presses the test stack together in the measuring position in such a way that the carrier units are sealed against one another in a fluid-tight manner. In the measuring position, the pressing device preferably presses the sealing areas of the carrier units together in such a way that there is a fluid-tight connection between the carrier units in the receiving areas. For this purpose, the pressing device can comprise at least one drive with adjustable force and at least one linear axis with adjustable stroke in order to press a stamp onto the test stack from above. The stamp is preferably part of the pressing device and can have at least one seal and/or a die that seals the stack in the pressed state in a contact area of the stamp with the adjacent carrier unit. The pressing device is an easy-to-implement measure for sealing the test stack for leak testing.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das System wenigstens eine Abführeinrichtung auf, die in der Messstellung des Prüfstapels mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit fluidverbindbar oder fluidverbunden ist, um den Leckageanteil des Prüfmediums von dem Dünnschichtelement abzuführen. Bevorzugt ist die Abführeinrichtung mit der Messeinrichtung zum Verbinden mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit gekoppelt. Mit anderen Worten kann die Abführeinrichtung mit der Messeinrichtung zusammen an die zweite Trägereinheit herangeführt bzw. von dieser weggeführt werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass der Leckageanteil von dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit abgeführt wird. Dies ermöglicht die Zusammenführung des Leckageanteils des Prüfmediums bspw. zur Wiederverwendung. Des Weiteren kann dadurch die Messung des Leckageanteils außerhalb der Trägereinheit erfolgen, wenn die Messeinrichtung und die Abführeinrichtung dazu angepasst und gekoppelt sind.In a further preferred embodiment, the system has at least one removal device which, in the measuring position of the test stack, can be fluidly connected or is fluidly connected to the second receiving region of the second carrier unit in order to remove the leakage portion of the test medium from the thin-film element. The removal device is preferably coupled to the measuring device for connecting to the second receiving area of the second carrier unit. In other words, the removal device together with the measuring device can be brought up to or away from the second carrier unit. It is advantageous here that the leakage component is removed from the second receiving area of the second carrier unit. This enables the leakage portion of the test medium to be combined, for example for reuse. Furthermore, the measurement of the leakage proportion can take place outside the carrier unit if the measuring device and the discharge device are adapted and coupled to this.
Vorzugsweise umfasst das System wenigstens eine erste Stapeleinrichtung mit wenigstens einer Linearachse und wenigstens einer an der Linearachse angeordneten Greifeinheit, die die Trägereinheiten an einer Aufstapelstellung zur Bildung des Prüfstapels aufeinanderstapelt. Die Linearachse umfasst vorzugsweise wenigstens einen Antrieb mit einer einstellbaren Hubkraft. Die Aufstapelstellung befindet sich in einer Transportrichtung der Trägereinheiten bzw. des Prüfstapels vor der Messstellung.Preferably, the system comprises at least one first stacking device with at least one linear axis and at least one gripping unit arranged on the linear axis, which stacks the carrier units on top of one another at a stacking position to form the test stack. The linear axis preferably comprises at least one drive with an adjustable lifting force. The stacking position is in a transport direction of the carrier units or the test stack in front of the measuring position.
Beim Aufstapeln der Trägereinheiten hebt die Greifeinheit eines der Trägereinheiten an und setzt diese auf eine weitere Trägereinheit. Anschließend werden die beiden gestapelten Trägereinheiten durch die Greifeinheit angehoben und auf eine weitere Trägereinheit gesetzt. Der Aufstapelvorgang wiederholt sich bis eine maximale Anzahl von gestapelten Trägereinheiten zur Bildung eines Prüfstapels erreicht ist. Die Trägereinheiten nehmen bereits vor dem Stapelvorgang die Dünnschichtelemente auf.When stacking the carrier units, the gripping unit lifts one of the carrier units and places it on another carrier unit. The two stacked carrier units are then lifted by the gripping unit and placed on another carrier unit. The stacking process is repeated until a maximum number of stacked carrier units is reached to form a test stack. The carrier units pick up the thin-film elements before the stacking process.
Weiter vorzugsweise umfasst das System wenigstens eine zweite Stapeleinrichtung mit wenigstens einer Linearachse und wenigstens einer an der Linearachse angeordneten Greifeinheit, die die Trägereinheiten an einer Abstapelstellung zur Vereinzelung des Prüfstapels abstapelt. Die Linearachse umfasst vorzugsweise wenigstens einen Antrieb mit einer einstellbaren Hubkraft. Die Abstapelstellung befindet sich in einer Transportrichtung der Trägereinheiten bzw. des Prüfstapels nach der Messstellung.Further preferably, the system comprises at least one second stacking device with at least one linear axis and at least one gripping unit arranged on the linear axis, which stacks the carrier units at a stacking position for separating the test stack. The linear axis preferably comprises at least one drive with an adjustable lifting force. The stacking position is in a transport direction of the carrier units or the test stack after the measuring position.
Beim Abstapeln der Trägereinheiten hebt die Greifeinheit den Prüfstapel bis auf jene Trägereinheit an, die einen untenliegenden Abschluss des Prüfstapels bildet. Diese Trägereinheit wird dann aus der Abstapelstellung transportiert. Anschließend stellt die Greifeinheit den angehobenen Prüfstapel ab und hebt bis auf die nun den unteren Abschluss bildende Trägereinheit den Prüfstapel wieder an. Diese Trägereinheit wird ebenfalls aus der Abstapelstellung transportiert. Der Abstapelvorgang wiederholt sich bis nur mehr jene Trägereinheit vorliegt, die einen obenliegenden Abschluss des Prüfstapels bildet.When stacking the carrier units, the gripping unit lifts the test stack up to the carrier unit that forms a bottom end of the test stack. This carrier unit is then transported out of the stacking position. The gripping unit then places the raised test stack down and lifts the test stack again except for the carrier unit, which now forms the lower end. This carrier unit is also transported from the stacking position. The stacking process is repeated until only the carrier unit is present that forms the top end of the test stack.
Die Aufstapel- und Abstapeleinrichtung weisen einen konstruktiv einfachen Aufbau auf, sodass diese effizient und kostengünstig in einen vollautomatischen Betrieb integrierbar sind. Vorzugsweise sind die Aufstapel- und Abstapeleinrichtung nach dem Prinzip einer Portalstapeleinrichtung ausgestaltet. Bevorzugt liegen die Aufstapelstellung und/oder die Abstapelstellung in einer Linie mit der Messstellung zur Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente.The stacking and destacking devices have a structurally simple structure, so that they can be integrated efficiently and cost-effectively into fully automatic operation. The stacking and destacking devices are preferably designed according to the principle of a portal stacking device. The stacking position and/or the unstacking position are preferably in a line with the measuring position for leak testing of the thin-film elements.
Um den Prüfstapel in die Messstellung zu fördern und den Prüfstapel von der Messstellung weiter zu fördern, weist das System wenigstens eine Transporteinrichtung auf. Die Transporteinrichtung ist bevorzugt eine Lineartransporteinheit. Vorzugsweise umfasst die Transporteinrichtung wenigstens einen Antrieb mit einstellbarer Kraft, der einen oder mehrere Trägereinheiten und/oder den Prüfstapel bewegen kann. Bevorzugt bewegt die Transporteinrichtung die Trägereinheiten mit den aufgenommenen Dünnschichtelementen in die Aufstapelstellung, dann den Prüfstapel zur Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente in die Messstellung, anschließend den Prüfstapel in die Abstapelstellung und dann die abgestapelten Trägereinheiten mit Dünnschichtelementen weiter.In order to convey the test stack into the measuring position and to further convey the test stack from the measuring position, the system has at least one transport device. The transport device is preferably a linear transport unit. Preferably, the transport device comprises at least one drive with adjustable force, which can move one or more carrier units and/or the test stack. The transport device preferably moves the carrier units with the received thin-film elements into the stacking position, then the test stack for leak testing of the thin-film elements into the measuring position, then the test stack into the stacking position and then the stacked carrier units with thin-film elements further.
Bevorzugt weist die Transporteinrichtung wenigstens eine Linearachse mit einstellbarem Vorschubgeschwindigkeit auf. Zusätzlich kann die Linearachse in ihrer Höhe verstellbar sein, um den Abstand zwischen Trägereinheiten zu variieren. Besonders bevorzugt ist die Transporteinrichtung nach dem Wirkprinzip der Reibung ausgestaltet, sodass die Trägereinheiten bzw. der Prüfstapel durch mittels Reibung transportiert wird. Die Transporteinrichtung kann bspw. Friktionsförderer sein. Hier ist von Vorteil, dass die Trägereinheiten bzw. der Prüfstapel ohne großen Aufwand schnell zwischen den verschiedenen Stellungen transportierbar sind.The transport device preferably has at least one linear axis with an adjustable feed speed. In addition, the height of the linear axis can be adjusted in order to vary the distance between support units. The transport device is particularly preferably designed according to the operating principle of friction, so that the carrier units or the test stack are transported by means of friction. The transport device can be, for example, a friction conveyor. The advantage here is that the carrier units or the test stack can be quickly transported between the different positions without much effort.
Das System kann wenigstens eine Übersetzereinheit mit wenigstens einem Hub- und Drehmechanismus zum Aufnehmen und Übersetzen von einzelnen Dünnschichtelementen aufweisen, wobei der Hub- und Drehmechanismus mit der Transporteinrichtung zusammenwirkt. Dadurch sind die Dünnschichtelemente schnell und einfach von einer Zuliefereinheit auf die Transporteinrichtung bzw. von der Transporteinrichtung auf eine Abliefereinheit übersetzbar. Bevorzugt umfasst das System zwei der Übersetzereinheiten, wobei eine erste Übersetzereinheit in Transportrichtung vor der Aufstapelstellung und eine zweite Übersetzereinheit nach der Abstapelstellung angeordnet ist.The system can have at least one translator unit with at least one lifting and rotating mechanism for picking up and translating individual thin-film elements, the lifting and rotating mechanism interacting with the transport device. As a result, the thin-film elements can be quickly and easily transferred from a delivery unit to the transport device or from the transport device to a delivery unit. The system preferably comprises two of the translator units, with a first translator unit being arranged in the transport direction before the stacking position and a second translator unit after the destacking position.
Der Hub- und Drehmechanismus der ersten Übersetzereinheit kann eine oder mehrere Dünnschichtelemente zeitgleich von einer oder mehrerer Zuliefereinheiten auf ein oder mehrere Trägereinheiten übersetzen. Der Hub- und Drehmechanismus der zweiten Übersetzereinheit kann ein oder mehrere Dünnschichtelemente zeitgleich von einem oder mehreren Trägereinheiten auf ein oder mehrere Abliefereinheiten übersetzen.The lifting and rotating mechanism of the first translator unit can simultaneously translate one or more thin-film elements from one or more delivery units to one or more carrier units. The lifting and rotating mechanism of the second translator unit can simultaneously translate one or more thin-film elements from one or more carrier units to one or more delivery units.
Bei einer Ausführungsform kann die Übersetzereinheit wenigstens eine Greifeinheit aufweisen, die dazu angepasst ist, ein oder mehrere Dünnschichtelemente aus einer Zuliefereinheit, insbesondere einer Transport-Trägereinheit, zu heben und in einen oder mehrere Trägereinheiten des Prüfsystems zu überführen. Dazu kann die Übersetzereinheit wenigstens eine Linearachse und wenigstens einem Stellantrieb zum Anheben der Greifeinheit. Der Stellantrieb mit einer einstellbaren Hubkraft für die Greifeinheit ausgestattet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Linearachse einen einstellbaren Hub aufweisen, sodass die Abstände zwischen den anzuhebenden bzw. angehobenen Dünnschichtelementen variierbar ist. Die Linearachse kann zusätzlich dazu angepasst sein, die angehobenen in die eine Trägereinheit bzw. die mehreren Trägereinheiten zu überführen. Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass Dünnschichtelemente, die gestapelt angeliefert werden, einfach und schnell separiert werden können.In one embodiment, the translator unit can have at least one gripping unit which is adapted to lift and insert one or more thin-film elements from a delivery unit, in particular a transport carrier unit to transfer one or more carrier units of the test system. For this purpose, the translator unit can have at least one linear axis and at least one actuator for lifting the gripping unit. The actuator must be equipped with an adjustable lifting force for the gripping unit. Additionally or alternatively, the linear axis can have an adjustable stroke, so that the distances between the thin-film elements to be lifted or raised can be varied. The linear axis can additionally be adapted to transfer the raised ones into the one carrier unit or the multiple carrier units. The advantage of this embodiment is that thin-film elements that are delivered stacked can be separated easily and quickly.
Eine weitere Übersetzereinheit, die mittels wenigstens einer Linearachse, eines Stellantriebs und einer Greifeinheit die geprüften Dünnschichtelemente aus den Trägereinheiten entnimmt und einer Abliefereinheit, insbesondere Transport-Trägereinheiten, zuführt, kann bei dem System vorgesehen sein. Diese dient dazu, die einzelnen Dünnschichtelement zum Weitertransport aufeinander zu stapeln.A further translator unit, which removes the tested thin-film elements from the carrier units and feeds them to a delivery unit, in particular transport carrier units, by means of at least one linear axis, an actuator and a gripping unit, can be provided in the system. This serves to stack the individual thin-film elements on top of each other for further transport.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße System ausgestaltet sein kann.The invention is explained in more detail below with further details with reference to the accompanying drawings. The embodiments shown represent examples of how the system according to the invention can be designed.
In diesen zeigen,
-
1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; -
2 eine perspektivische Ansicht des Systems nach1 ; -
3 eine schematische Schnittdarstellung des Systems nach1 , wobei sich ein Prüfstapel in der Messstellung befindet; -
4 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Trägereinheit des Systems nach1 mit aufgenommenem Dünnschichtelement; -
5 eine perspektivische Draufsicht der Trägereinheit nach4 , ohne Dünnschichtelement; -
6 eine perspektivische Unteransicht der Trägereinheit nach4 , ohne Dünnschichtelement; und -
7 eine perspektivische Darstellung einer Trägereinheit des Systems nach1 , mit Anschlüssen oben und unten.
-
1 a schematic representation of a system for leak testing of thin-film elements according to a preferred exemplary embodiment of the invention; -
2 a perspective view of the system1 ; -
3 a schematic sectional view of the system1 , with a test stack in the measuring position; -
4 a perspective sectional view of a carrier unit of the system1 with included thin-film element; -
5 a perspective top view of the carrier unit4 , without thin film element; -
6 a perspective bottom view of the carrier unit4 , without thin film element; and -
7 a perspective view of a carrier unit of the system1 , with connections at the top and bottom.
In der folgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.In the following description, the same reference numbers are used for identical and equivalent parts.
Konkret umfasst das System 10 eine Presseinrichtung 25, zwei Stapeleinrichtungen 27, 31, zwei Übersetzereinheiten 33 sowie eine Zuführeinrichtung 15, Abführeinrichtung 26, eine Messeinrichtung 16 und eine Transporteinrichtung 32. Die Transporteinrichtung 32 ist, wie in
Die Einrichtungen 15, 16 25, 26, 27, 31, 33 sind entlang der Transporteinrichtung 32 angeordnet. Ein erster der Übersetzereinheiten 33a ist an einem ersten Längsende 35 der Transporteinrichtung 32 angeordnet. Die erste Übersetzereinheit 33a wirkt mit einer Zuliefereinheit 36 zusammen, die eine Vielzahl von Dünnschichtelementen 100 zur Aufnahme bereitstellt. Wie in
Generell umfasst das System 10 eine Vielzahl von Trägereinheiten 11 zur Aufnahme der Dünnschichtelemente 100. Nach der ersten Übersetzereinheit 33a, ist die erste Stapeleinrichtung 27 zum Aufeinanderstapeln der Trägereinheiten 11 vorgesehen. Die erste Stapeleinrichtung 27 ist so ausgestaltet, dass sie die zugeführten Trägereinheiten 11 mit den aufgenommenen Dünnschichtelementen 100 aufeinanderstapelt und so einen Prüfstapel 12 bildet. Die erste Stapeleinrichtung 27 befindet sich an einer Aufstapelstellung AUS der Prüflinie.In general, the
Nach der ersten Stapelstellung 27 sind die Presseinrichtung 25, die Zuführ- und Abführeinrichtung 15, 26 sowie die Messeinrichtung 16 vorgesehen. Diese befinden sich an einer Messstellung MS der Prüflinie. Anschließend ist die zweite Stapeleinrichtung 31 vorgesehen, die den Prüfstapel 12 wieder vereinzelt, wobei die zweite Übersetzereinheit 33b nachgeschaltet ist und die geprüften Dünnschichtelemente 100 wieder aus den Trägereinheiten 11 entnimmt und zum Weitertransport bzw. zur weiteren Verarbeitung bereitstellt.After the first stacking
Auf die genaue Ausgestaltung der Übersetzereinheiten 33a, 33b, der Stapeleinrichtungen 27, 31 sowie der Transporteinrichtung 32 wird später näher eingegangen.The exact design of the
Im Folgenden werden die Trägereinheiten 11 sowie die Einrichtungen 15, 16, 25, 26 genauer beschrieben. Wie in den
Konkret bilden jeweils zwei angrenzende Trägerplatten 11 mit deren Ausnehmungen 39 eine gemeinsame Aufnahme für eines der Dünnschichtelemente 100. Im gestapelten Zustand ist die Ausnehmung 39 des ersten Aufnahmebereichs 13 einer ersten Trägerplatte 11a der Ausnehmung 39 des zweiten Aufnahmebereichs 14 einer zweiten Trägerplatte 11b gegenüberliegend. Die Ausnehmungen 39 sind derart ausgebildet, dass im eingelegten Zustand eines Dünnschichtelements 100 ein Druckraum hinter dem Dünnschichtelement 100 gebildet ist. Dieser Druckraum 41 erstreckt sich annähernd über die gesamte Fläche der Ausnehmung 39, sodass das Dünnschichtelement 100 bei einer Dichtheitsprüfung vollständig mit einem Prüfmedium druckbeaufschlagbar ist.Specifically, two
Wie in
Generell dienen die integrierten Kanäle 17 dazu, die Zuführ- und Abführeinrichtung 15, 26 sowie die Messeinrichtung 16 in der Messstellung MS mit den Druckräumen 41 zu verbinden. In
Gemäß den
Wie in
Der Prüfstapel 12, der in
Des Weiteren sind in
Bei dem System 10 ist je Trägerplatte 11 zumindest eine Messeinrichtung 16 vorgesehen. Das bedeutet, dass jeweils eine der Messeinrichtungen 16 mit einem der Druckräume 41 einer der Trägerplatten 11 fluidverbindbar ist, um bei einem Dichtheitsmessvorgang einen Leckageanteil eines Prüfmediums zu erfassen. Die Messeinrichtung 16 umfasst zumindest einen Sensor, der dazu angepasst ist, einen Leckageanteil eines Gases oder Gasgemisches zu erfassen. Beispielsweise kann das Gas bzw. Gasgemisch, wie in
Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung 16 einen Stickstoff detektierenden Sensor, insbesondere einen Stickstoffsensor, aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Messeinrichtung 16 alternativ oder zusätzlich einen Helium detektierenden Sensor, insbesondere einen Heliumsensor, auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Messeinrichtung einen Sensor aufweisen, der eine Druckänderung erfasst. Mit anderen Worten kann der Sensor ein Drucksensor sein. Des Weiteren kann die Messeinrichtung 16 zusätzlich oder alternativ einen Sensor zum Erfassen eines Volumenstromes aufweisen. Zusätzlich kann die Messeinrichtung 16 dazu angepasst sein, eine Befeuchtung der Dünnschichtelemente 100 durchzuführen.Alternatively or additionally, the measuring
Gemäß
Der Sensor und die Abführleitung 45 sind derart gekoppelt, dass diese gemeinsam in Richtung des Prüfstapels verfahrbar sind. Die Messeinrichtung 16 weist dazu einen nicht dargestellten Stellantrieb auf, durch den zumindest die Abführleitung 45 an den Anschluss 18 zur Verbindung mit dem integrierten Kanal 17 heranführbar ist. Der Stellantrieb ist dabei so ausgelegt, dass eine Anpresskraft zum Anpressen eines Adapters 24 der Abführleitung 45 an den Anschluss 18 einstellbar ist. Die Abführeinrichtung 26 weist somit einen Adapter 24 auf, der mit dem Anschluss 18 des integrierten Kanals 17 fluiddicht verbindbar ist. Der Adapter 24 ist an einem dem Prüfstapel 12 in der Messstellung MS zugewandten Ende der Abführleitung 45 angeordnet.The sensor and the
Gemäß
Die Zuführeinrichtung 15 weist somit einen Adapter 24 auf, der mit dem Anschluss 18 des integrierten Kanals 17 und somit dem Druckraum 41 des ersten Aufnahmebereichs 13 fluiddicht verbindbar ist. Der Adapter 24 ist an einem dem Prüfstapel 12 in der Messstellung MS zugewandten Ende der Zuführleitung 46 angeordnet.The
Es ist möglich, dass ebenfalls auf der Seite der Zuführeinrichtungen 15 mehrere Messeinrichtungen 16 vorgesehen sind, die mit den Zuführeinrichtungen 15 gekoppelt sind. Die Messeinrichtungen 16 entsprechen dabei vorzugsweise den vorstehend beschriebenen. Der Sensor der Messeinrichtung 16 kann in oder an der Zuführleitung 46 angeordnet sein. Bei dieser Variante ist somit für jede Trägerplatte 11 eine weitere Messeinrichtung 16 vorgesehen.It is possible that several measuring
Gemäß
Wie in
Die Transporteinrichtung 32 ist eine Lineartransporteinheit. Die Transporteinrichtung 32 weist einen nicht dargestellten einen Antrieb mit einstellbarer Kraft auf, der mehrere Trägerplatten 11 sowie den Prüfstapel 12 in einer linearen Transportrichtung v bewegen kann. Die Transporteinrichtung 32 bewegt die Trägerplatten 11 mit den aufgenommenen Dünnschichtelementen in die Aufstapelstellung AUS, dann den Prüfstapel 12 zur Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente 100 in die Messstellung MS, anschließend den Prüfstapel 12 in die Abstapelstellung ABS und dann die abgestapelten Trägerplatten 11 mit den Dünnschichtelementen 100 weiter. Die Transporteinrichtung 32 umfasst vorzugsweise eine Linearachse mit einstellbarem Vorschubgeschwindigkeit. Zusätzlich kann die Linearachse in ihrer Höhe verstellbar sein, um den Abstand zwischen Trägerplatten 11 zu variieren.The
Des Weiteren weist das System 10 eine erste Stapeleinrichtung 27 mit zwei Linearachsen 28 und zwei an den Linearachsen 28 angeordneten Greifeinheiten 29, die die Trägerplatten 11 an der Aufstapelstellung AUS zur Bildung des Prüfstapels 12 aufeinanderstapeln. Die Linearachsen 28 umfassen jeweils einen Antrieb mit einer einstellbaren Hubkraft. Gemäß
Beim Aufstapeln der Trägerplatten 11 heben die Greifeinheiten 29 anfangs eine der Trägerplatten 11 an und setzen diese auf eine weitere Trägerplatte 11. Anschließend werden die beiden gestapelten Trägerplatten 11 durch die Greifeinheiten 29 angehoben und auf eine weitere Trägerplatte 11 gesetzt. Der Aufstapelvorgang wiederholt sich bis eine maximale Anzahl von gestapelten Trägerplatten 11 zur Bildung eines Prüfstapels 12 erreicht ist.When stacking the
Des Weiteren weist das System 10 eine zweite Stapeleinrichtung 31 auf, die mit der ersten Stapeleinrichtung 27 identisch ist und lediglich anstatt an der Aufstapelstellung AUS, an der Abstapelstellung ABS vorgesehen ist.Furthermore, the
Beim Abstapeln der Trägerplatten 11 heben die Greifeinheiten 29 den Prüfstapel 12 bis auf jene Trägerplatte 11 an, die einen untenliegenden Abschluss des Prüfstapels 12 bildet. Diese Trägerplatte 11 wird dann durch die Transporteinrichtung 32 von der Abstapelstellung ABS abtransportiert. Anschließend stellen die Greifeinheiten 29 den angehobenen Prüfstapel 12 ab und heben bis auf die nun den unteren Abschluss bildende Trägerplatte 11 den Prüfstapel 12 wieder an. Diese Trägerplatte 11 wird ebenfalls aus der Abstapelstellung ABS abtransportiert. Der Abstapelvorgang wiederholt sich bis nur mehr ein Trägerplatte 11 vorliegt.When stacking the
Das System 10 weist des Weiteren zwei Übersetzereinheiten 33a, 33b mit jeweils einem Hub- und Drehmechanismus 34 zum Aufnehmen und Übersetzen von Dünnschichtelementen 100 auf, wobei der Hub- und Drehmechanismus 34 mit der Transporteinrichtung 32 zusammenwirkt. Die erste Übersetzereinheit 33a ist in Transportrichtung v vor der Aufstapelstellung AUS und die zweite Übersetzereinheit 33b nach der Abstapelstellung ABS angeordnet.The
Der Hub- und Drehmechanismus 34 der ersten Übersetzereinheit 33a ist dazu angepasst, eine oder mehrere Dünnschichtelemente 100 zeitgleich von einer oder mehrerer Zuliefereinheiten auf ein oder mehrere Trägerplatten 11 zu übersetzen. Der Hub- und Drehmechanismus 34 der zweiten Übersetzereinheit 33b ist dazu angepasst, ein oder mehrere Dünnschichtelemente 100 zeitgleich von einem oder mehreren Trägerplatten 11 auf ein oder mehrere Abliefereinheiten zu übersetzen.The lifting and
Im Folgenden wird das Verfahren mit Fokus auf die Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente 100 in der Messstellung MS des Prüfstapels 12 beschrieben.The method is described below with a focus on the leak testing of the thin-
Zuerst wird durch die erste Stapeleinrichtung 27 ein Prüfstapel 12, bestehend aus mehreren aufeinander gestapelten Trägerplatten 11 mit aufgenommenen Dünnschichtelementen 100 bereitgestellt und anschließend durch die Transporteinrichtung 32 in die Messstellung MS bewegt. Anschließend werden die Zuführleitungen 46 in der Messstellung MS über die Adapter 24 mit den Anschlüssen 18 derart verbunden, dass eine fluiddichte Verbindung zwischen den Zuführleitungen 46 und den Druckräumen 41 der ersten Aufnahmebereiche 13 gebildet wird.First, a
Danach beaufschlagen die Zuführeinrichtungen 15 über die Zuführleitungen 46 und die Druckräume 41 die Dünnschichtelemente 100 mit dem Prüfmedium, das ein Gas, Gasgemisch oder eine Flüssigkeit sein kann. Zusätzlich werden die Abführleitungen 45 in der Messstellung MS über die Adapter 24 mit den Anschlüssen 18 derart verbunden, dass eine fluiddichte Verbindung zwischen den Abführleitungen 45 und den Druckräumen 41 der zweiten Aufnahmebereiche 14 gebildet wird. Das durch feinste Öffnungen in den Dünnschichtelementen 100 passierende Prüfmedium wird von den Sensoren der Messeinrichtungen erfasst. Dieser passierende Teil des Prüfmediums wird als Leckageanteil bezeichnet. Es ist möglich, die Beaufschlagung der Dünnschichtelemente 100 mit einem Überdruck oder einem Unterdruck gegenüber der Außenumgebung zu realisieren. Wesentlich ist das sich einstellende Druckgefälle zwischen dem Druckraum 41 des ersten und zweiten Aufnahmebereichs 13, 14 der Trägerplatten 11.The
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- Systemsystem
- 11, 11a11, 11a
- erste Trägereinheitfirst carrier unit
- 11, 11b11, 11b
- zweite Trägereinheitsecond carrier unit
- 1212
- PrüfstapelTest batch
- 1313
- erster Aufnahmebereichfirst recording area
- 1414
- zweiter Aufnahmebereichsecond recording area
- 1515
- ZuführeinrichtungFeeding device
- 1616
- MesseinrichtungMeasuring device
- 1717
- integrierter Kanalintegrated channel
- 1818
- AnschlussConnection
- 1919
- Dichtungsbereich der TrägereinheitenSealing area of the carrier units
- 2121
- FormschlusselementPositive locking element
- 2222
- Fortsatzappendage
- 2323
- AufnahmeRecording
- 2424
- Adapteradapter
- 2525
- PresseinrichtungPressing device
- 2626
- Abführeinrichtungdischarge device
- 2727
- erste Stapeleinrichtungfirst stacking device
- 2828
- LinearachseLinear axis
- 2929
- GreifeinheitGripping unit
- 3131
- zweite Stapeleinrichtungsecond stacking device
- 3232
- TransporteinrichtungTransport facility
- 33a33a
- erste Übersetzereinheitfirst translator unit
- 33b33b
- zweite Übersetzereinheitsecond translator unit
- 3434
- Hub- und DrehmechanismusLifting and rotating mechanism
- 3535
- erstes Längsendefirst longitudinal end
- 3636
- ZuliefereinheitSupply unit
- 3737
- OberseiteTop
- 3838
- Unterseitebottom
- 3939
- Ausnehmungrecess
- 4141
- DruckraumPressure room
- 42a42a
- erste Seitenwandfirst side wall
- 42b42b
- zweite Seitenwandsecond side wall
- 4343
- StempelRubber stamp
- 4444
- Linearachse der PresseinrichtungLinear axis of the pressing device
- 4545
- Abführleitungdischarge line
- 4646
- ZuführleitungFeed line
- 4747
- erste Längsseite der Transporteinrichtungfirst long side of the transport device
- 4848
- zweite Längsseite der Transporteinrichtungsecond long side of the transport device
- 100100
- DünnschichtelementThin film element
- AUSOUT OF
- AufstapelstellungStacking position
- ABSSECTION
- AbstapelstellungStacking position
- MSMS
- MessstellungMeasuring position
- vv
- TransportrichtungTransport direction
Claims (16)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022122437.6A DE102022122437A1 (en) | 2022-09-05 | 2022-09-05 | System and method for leak testing of thin-film elements |
PCT/EP2023/073730 WO2024052180A1 (en) | 2022-09-05 | 2023-08-29 | System and method for testing the tightness of thin-layer elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2003322583A (en) * | 2002-02-26 | 2003-11-14 | Nippon Api Corp | Leak inspection method, object to be inspected, gas permeability measuring method, and object to be measured |
CN207570732U (en) * | 2017-12-27 | 2018-07-03 | 深圳市南科燃料电池有限公司 | A kind of MEA detects fixture |
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Patent Citations (3)
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---|---|---|---|---|
CN201926543U (en) | 2010-09-03 | 2011-08-10 | 苏州氢洁电源科技有限公司 | Leakage detection device for membrane electrode of proton exchange membrane fuel cell |
CN104006933A (en) | 2014-05-16 | 2014-08-27 | 江苏绿遥燃料电池系统制造有限公司 | Quick leak detecting device of fuel battery bipolar plates |
CN109781360A (en) | 2019-03-13 | 2019-05-21 | 国家电投集团氢能科技发展有限公司 | The device for detecting sealability and method of fuel cell membrane electrode |
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