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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsaufnahme für Dünnschichtelemente gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Betätigung einer Bearbeitungsaufnahme gemäß Anspruch 8, sowie ein Verfahren zum Dichtmittelauftrag auf ein Dünnschichtelement, insbesondere einer Bipolarplatte, unter Verwendung einer Bearbeitungsaufnahme gemäß Anspruch 9.
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Die Bearbeitungsaufnahme dient der Aufnahme eines Dünnschichtelementes, vorzugsweise einer Bipolarplatte (BPP). Die Bearbeitungsaufnahme kann Teil einer Herstellungsanlage für Brennstoffzellen sein, in welcher die Bipolarplatten bearbeitet, insbesondere mit Dichtmittel beaufschlagt, und ggf. verbaut werden. Hier kann beispielsweise eine Brennstoffzellen Stapelmaschine zum Einsatz kommen. Dabei treten unterschiedliche Taktzeiten für die dafür notwendigen Prozesse auf.
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Eine Vorrichtung zum positionsgenauen und gegenseitigen Ausrichten von zwei Dünnschichtelementen, insbesondere von Brennstoffzellenstabelelementen, umfassend eine Bauteilaufnahme zur vertikal übereinander gestapelten Aufnahme von zwei in ihrer Beschaffenheit unterschiedlichen Dünnschichtelementen, ein Ansaugelement zum Bewirken eines angesaugten Luftstroms in einer im wesentlichen vertikalen Richtung im Bereich der Bauteilaufnahme, zum Ausüben einer Vertikalkraft auf eines der Dünnschichtelemente über den angesaugten Luftstrom, eine Anblasvorrichtung zum Bewirken eines abgeblasenen Luftstroms im Bereich der Bauteilaufnahme, zum Ausüben einer Vertikalkraft des anderen der Dünnschichtelemente mittels des abgeblasenen Luftstroms, Positionierelemente, die zwischen einer Ausgangsposition und einer in horizontaler Richtung gegeneinander zugestellte Position beweglich sind, um in der zugestellten Position mit den beiden Dünnschichtelementen in einer Wirkverbindung zu stehen und die beiden Dünnschichtelemente in einer Referenzposition zueinander zu halten und eine Adhäsionsvorrichtung, zum adhäsiven Verbinden des in der Referenzposition zueinander befindlichen ersten und zweiten Dünnschichtelements, ist beispielsweise aus der
DE 10 2020 202 480 A1 bekannt geworden. Ebenso ist dort ein Verfahren zum positionsgenauen und gegenseitigen Ausrichten von zwei Dünnschichtelementen, insbesondere von Brennstoffzellenstabelelementen, beschrieben, bei dem zwei in ihrer Beschaffenheit unterschiedliche Dünnschichtelemente vertikal übereinander gestapelt werden, das mit einer größeren Biegesteifigkeit als das zweite Dünnschichtelement ausgestattete erste Dünnschichtelement über ein vorrichtungsseitig bereitgestelltes Ansaugelement in eine Ausgangsposition gebracht wird, das zweite Dünnschichtelement über eine vorrichtungsseitig bereitgestellte Anblasvorrichtung gegenüber dem ersten Dünnschichtelement in einer Schwebeposition gehalten wird, das erste und das zweite Dünnschichtelement über vorrichtungsseitig bereitgestellte Positionierelemente zueinander in eine Referenzposition gebracht werden und das erste und das zweite Dünnschichtelement in der Referenzposition miteinander adhäsiv verbunden werden.
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Um eine höchstmögliche Wirtschaftlichkeit einer Herstellungsanlage zu erreichen, sollte die Taktzeit der kompletten Herstellungsanlage des Dichtmittelauftragens möglichst kurz sein. Einige kostenintensive benötigte Einheiten wie zum Beispiel Kameras für die Positions- und Qualitätskontrolle sollten durch Mehrfachnutzung eingespart werden. Die vorliegende Erfindung soll insbesondere einen Transport von Dünnschichtelementen, insbesondere Bipolarplatten (BPP), unter Einhaltung der geforderten Qualitätsparameter ermöglichen, insbesondere innerhalb einer Anlage zum Dichtmittelauftrag auf ein Dünnschichtelement.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin eine verbesserte Bearbeitungsaufnahme vorzuschlagen, insbesondere eine Bearbeitungsaufnahme vorzuschlagen, die eine rasche Fixierung und Positionierung vor jeder Bearbeitungsstation, insbesondere Dichtmittelauftragsstation, nicht erforderlich macht und dadurch einspart.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Bearbeitungsaufnahme gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Das Dünnschichtelement, insbesondere die Bipolarplatte, kann grundsätzlich zwischen der Grundplatte und der Druckplatte aufgenommen und in X, Y- und Z-Richtung fixiert werden. Dabei ist die Grundplatte und die Druckplatte mit einer magnetischen Verriegelungseinrichtung, umfassend einen Magneten in der Grundplatte, sowie einen Magneten in der Druckplatte, lösbar miteinander verbindbar. Wahlweise kann ein Dünnschichtelement oder auch kein Dünnschichtelement, beispielsweise für eine Leerfahrt, zwischen der Grundplatte und der Druckplatte angeordnet sein. Für die lösbare Fixierung eines Dünnschichtelementes an der Druckplatte kann vorgesehen sein, dass die Druckplatte mit einer Ansaugeinrichtung für das Dünnschichtelement D ausgestattet ist, die dazu eingerichtet ist, das Dünnschichtelement D lösbar mit der Druckplatte 2 zu verbinden. Grundsätzlich kann das Dünnschichtelement damit auch lediglich an der Druckplatte zum Beladen und Entladen der Bearbeitungsaufnahme mit einem Dünnschichtelement lösbar fixiert sein. Die vorgenannten Einrichtungen zur lösbaren Fixierung des Dünnschichtelementes sind grundsätzlich alternativ zur lösbaren Fixierung des Dünnschichtelementes einsetzbar, d.h. das Dünnschichtelement kann wahlweise zwischen der Grundplatte und der Druckplatte oder lediglich an der Druckplatte lösbar fixiert sein. Es lassen sich auf diese Weise grundsätzlich unterschiedliche Anforderungen im Hinblick auf den Einsatz der Bearbeitungsaufnahme bzw. der Bearbeitungsaufnahme beispielsweise innerhalb eines Verfahrens zum Dichtmittelauftrag auf ein Dünnschichtelement realisieren. Es ist ferner ein lösbar mit der Druckplatte verbindbarer Greifer vorgesehen. Der Greifer als solches ist vorzugsweise mit einer geeigneten Positioniereinrichtung, beispielsweise einem Roboterarm, verbunden. Der Greifer kann über ein Verbindungsmittel lösbar mit der Druckplatte verbunden werden. Entsprechend kann die Positioniereinrichtung, je nach Verbindungszustand zwischen Druckplatte und Dünnschichtelement, die Kombination aus Druckplatte und Dünnschichtelement oder ggf. nur die Druckplatte ohne Dünnschichtelement anheben bzw. positionieren. Der Verriegelungszustand zwischen der Druckplatte und der Grundplatte kann über ein Betätigungsmittel für die Betätigung der magnetischen Verriegelungseinrichtung eingestellt werden. Ferner ist eine Kupplung für den Anschluss an die Ansaugeinrichtung, insbesondere die Vakuumversorgung, vorgesehen. Auf diese Weise kann eine lösbare Verbindung, insbesondere pneumatische Verbindung, zwischen dem Greifer und dem Dünnschichtelement hergestellt werden, wobei das Vakuum beispielsweise zum Ansaugen bzw. Halten des Dünnschichtelementes genutzt werden kann. Die Verbindung zwischen Greifer und Druckplatte erfolgt vorzugsweise über Verbindungsmittel, insbesondere Greiferelemente.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Grundplatte eine Aufnahme für das Dünnschichtelement umfasst, wobei die Aufnahme mit Begrenzungen für das Dünnschichtelement ausgestattet ist. Hierdurch kann eine verbesserte Positionierung des Dünnschichtelementes auf der Grundplatte sichergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die magnetische Verriegelungseinrichtung einen Dauermagnet, insbesondere stabförmigen Dauermagneten, in der Grundplatte, sowie einen drehbar aufgenommenen Dauermagneten, insbesondere stabförmigen Dauermagneten, in der Druckplatte umfasst, wobei das Betätigungsmittel zur Drehung des Dauermagneten in der Druckplatte eingerichtet ist. Hierdurch kann durch Veränderung der Ausrichtung der beiden Magnetfelder eine magnetische Verriegelungseinrichtung bereitgestellt werden, die einfach und wartungsarm aufgebaut sein kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dauermagnet der Grundplatte fest in einer Aufnahme montiert ist. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn einer der Dauermagneten, insbesondere der Magnet in der Grundplatte, fest montiert ist, so dass das Magnetfeld der in der Druckplatte montierten Dauermagnete durch geeignete Positionierung, insbesondere Verdrehung, wahlweise eine Anziehungskraft ausüben kann oder nicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Abdeckung für den Dauermagneten der Grundplatte vorgesehen ist, wobei die Abdeckung dazu eingerichtet ist, die Wirkung des Magnetfeldes in einer vorbestimmten Richtung, insbesondere nach unten, zu reduzieren oder zu verhindern. Hierdurch kann eine Abschirmung zu anderen Komponenten, beispielsweise einer Anlage zum Dichtmittelauftrag auf ein Dünnschichtelement, vorgenommen werden, so dass eine nachteilige Beeinflussung durch das Magnetfeld weitestgehend ausgeschlossen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Druckplatte mit einer Saugplatte ausgestattet ist. Die Saugplatte kann eine angepasste Struktur aufweisen, die zusammen mit dem beaufschlagten Vakuum ein Ansaugen und lösbares Fixieren eines Dünnschichtelementes verbessert gewährleisten kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsmittel Greifelemente, insbesondere Greiferpaare, umfasst. Das Verbindungsmittel dient im Wesentlichen zum physischen Ankoppeln der Druckplatte bzw. der Kombination aus Druckplatte und Dünnschichtelement.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein vorteilhaftes Verfahren zur Betätigung einer Bearbeitungsaufnahme vorzuschlagen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Betätigung einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsaufnahme gemäß Anspruch 8 gelöst.
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Die vorgeschlagene Betätigung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsaufnahme ermöglicht die Aufnahme und den Transport eines Dünnschichtelementes ohne Positionsverlust des Dünnschichtelements zur Grundplatte. Alternativ kann die Bearbeitungsaufnahme auch eine Leerfahrt vornehmen, wahlweise mit oder ohne das Dünnschichtelement.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein vorteilhaftes Verfahren zum Dichtmittelauftrag auf ein Dünnschichtelement, insbesondere einer Bipolarplatte, unter Verwendung einer Bearbeitungsaufnahme vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
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Insbesondere kann eine Fixierung und Positionierung vor jeder Bearbeitungsstation, insbesondere Dichtmittelauftragsstation entfallen. Die Positionierung und Fixierung mittels der erfindungsgemäßen Bearbeitungsaufnahme erfolgt vorzugsweise separat in der Beladestation. Des Weiteren können bei einer geeigneten Auswahl des Transportsystems für die Bearbeitungsaufnahme (z.B. mit Magnetfeld gesteuerte Systeme) die Stationen mit geringerer Taktzeit mehrfach angefahren und somit besser ausgenutzt werden. Dadurch entsteht eine signifikante Kosteneinsparung.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
- 1 eine Brennstoffzelle in einer perspektivischen Darstellung als Beispiel eines Werkstücks;
- 2 eine Detaildarstellung von Dünnschichtelementen, insbesondere Bipolarplatten (BPP) und Membran-Elektrodeneinheit (MEA), einer Brennstoffzelle gemäß 1;
- 3 eine Bearbeitungaufnahme in einer perspektivischen Darstellung;
- 3a eine Bearbeitungaufnahme in einer geschnittenen Darstellung;
- 4 eine Grundplatte einer Bearbeitungaufnahme;
- 4a eine Grundplatte einer Bearbeitungaufnahme in einer geschnittenen Darstellung;
- 5 eine Bearbeitungaufnahme in einer perspektivischen Darstellung;
- 5a eine Bearbeitungaufnahme in einer geschnittenen Darstellung;
- 6 eine Bearbeitungaufnahme in einem ersten Zustand;
- 7 eine Bearbeitungaufnahme in einem zweiten Zustand;
- 8 eine Bearbeitungaufnahme in einem dritten Zustand;
- 9 eine Bearbeitungaufnahme in einem vierten Zustand;
- 10 eine Bearbeitungaufnahme in einem fünften Zustand;
- 11 eine Bearbeitungaufnahme in einem sechsten Zustand;
- 12 eine Bearbeitungaufnahme in einem siebten Zustand;
- 13 ein Prozessabauf eines Dichtmittelauftrags unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsaufnahme am Beispiel einer Bipolar Platte;
- 14 eine Bearbeitungsaufnahme in einer perspektivischen Darstellung, insbesondere zur Darstellung der Komponenten des Greifers.
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Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:
- BPP
- Bipolarplatte
- MEA
- Membran-Elektrodeneinheit
- OD
- Obere Deckplatte
- UD
- Untere Deckplatte
- D
- Dünnschichtelement, insbesondere Bipolarplatte
- G
- Greifer
- 1
- Grundplatte
- 2
- Druckplatte
- 3
- Betätigungsmittel, insbesondere Mitnehmer
- 4
- Kupplung
- 5
- Verbindungsmittel, insbesondere Greifelement
- 11
- Aufnahme für das Dünnschichtelement
- 12
- Dauermagnet
- 13
- Abdeckung für den Dauermagneten
- 21
- Basisplatte
- 22
- Drehteller
- 23
- Dauermagnet
- 24
- Abdeckung für den Dauermagneten
- 25
- Lagerdeckel
- 26
- Saugplatte
- I
- Beladestation
- II
- Auftragsstation
- III
- Kamerastation
- IV
- Dichtmittelauftragsstation
- V
- Übersetzer
- VI
- Ofen bzw. einer Kühleinheit
- VII
- Übersetzer
- VIII
- Kamerastation
- IX
- Wendestation
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Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf“ und/oder „aufweisend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder“ jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
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In den 1 und 2 ist beispielshaft ein Brennstoffzellenstapel dargestellt.
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Ein Brennstoffzellenstapel (Stack) besteht, vereinfacht beschrieben, aus mehrehren aufeinander gestapelten Brennstoffzellen und einer oberen und einer unteren Deckplatte. Die Anzahl der Brennstoffzellen ist abhängig von der zu erbringenden Leistung der fertigen Zelle und kann beispielsweise 600 betragen. Die Höhe des Brennstoffzellenstapels kann beispielsweise 680 mm Höhe und mehr betragen. Die Brennstoffzelle als solches umfasst im Wesentlichen eine Bipolarplatte BPP und eine plattenförmige Membran-Elektrodeneinheiten MEA.
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Ferner ist in der 1 bzw. 2 dargestellt, dass die Bipolarplatten BPP und die plattenförmigen Membran-Elektrodeneinheiten MEA zwischen einer oberen Deckplatte OD und einer unteren Deckplatte UD angeordnet sind.
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In den 3 und 3a ist eine erfindungsgemäße Bearbeitungsaufnahme dargestellt. Eine erfindungsgemäße Bearbeitungsaufnahme umfasst im Wesentlichen eine Grundplatte 1 und eine Druckplatte 2. Ferner umfasst die Bearbeitungsaufnahme einen Greifer G, der an die Druckplatte 2 ankoppeln kann. Der Greifer G umfasst im Wesentlichen ein Betätigungsmittel 3 für die Betätigung einer magnetischen Verriegelungseinrichtung, eine Kupplung 4 für den Anschluss an eine Ansaugeinrichtung, insbesondere eine Vakuumversorgung, als auch ein Verbindungsmittel 5 zur lösbaren Verbindung mit der Druckplatte 2. Der Greifer G ist insbesondere in der 14 mit den oben genannten Komponenten dargestellt.
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Die Ansaugeinrichtung ist dazu eingerichtet das nicht magnetische Dünnschichtelement D lösbar mit der Druckplatte 2 zu verbinden, insbesondere durch Beaufschlagung mit einem Vakuum bzw. Unterdruck.
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Die magnetische Verriegelungseinrichtung ist grundsätzlich dazu geeignet, die Grundplatte 1 und die Druckplatte 2 lösbar miteinander zu verbinden und ein Dünnschichtelement (wenn vorhanden) in X- und Y-Richtung zu fixieren.
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Des Weiteren ist ein Dünnschichtelement D dargestellt, welches von der Bearbeitungsaufnahme aufgenommen ist. Das Betätigungsmittel 3 kann auch als Dreheinheit angesprochen werden. Die Kupplung 4 kann vorzugsweise als pneumatische Kupplung ausgestaltet sein.
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Der Greifer G wiederum ist an einem geeigneten Manipulator (nicht dargestellt), insbesondere Roboter, Linearachssystem, o.ä., angebracht, so dass die Bearbeitungsaufnahme bzw. die separate Druckplatte 2 entsprechend automatisiert mit und ohne Dünnschichtelement positioniert werden kann.
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In den 4 und 4a ist die Grundplatte 1 separat dargestellt. Die Grundplatte 1 umfasst eine Aufnahme 11 für das Dünnschichtelement D, einen Dauermagnet 12, dessen Magnetfeld insbesondere in Längsrichtung angeordnet ist, sowie eine Abdeckung 13 für den Dauermagneten. Die Aufnahme 11 ist vorzugsweise mit Begrenzungen für das Dünnschichtelement D ausgestattet. Die Auflagefläche der Aufnahme 11 gewährleistet insbesondere eine für die einzelnen Prozessschritte geeignete Ebene, Toleranz, Oberflächengüte und Form zur Aufnahme des Dünnschichtelementes, insbesondere einen Freigang für Unregelmäßigkeiten im Dünnschichtelement.
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Der Dauermagnet 12 ist vorzugsweise in der Aufnahme 11 fest montiert, so dass das Magnetfeld immer in dieselbe Richtung ausgerichtet bleibt. Das Material der Abdeckung 13 ist dazu eingerichtet die Wirkung des Magnetfeldes nach unten zu reduzieren oder zu verhindern. Der Dauermagnet 12 kann vorzugsweise eingeklebt, vergossen oder nur eingelegt sein. Die Form ist vorzugsweise derart gestaltet, dass das Magnetfeld in seiner Längsachse abgebildet wird.
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Der Magnet 12 ist Teil der magnetischen Verriegelungseinrichtung, die noch weiter unten näher erläutert werden wird.
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In den 5 und 5a ist die Druckplatte 2 separat dargestellt. Die Druckplatte umfasst eine Basisplatte 21, einen Drehteller 22, einen oder mehreren Dauermagneten 23, eine Abdeckung 24 für den Dauermagneten 23, einen Lagerdeckel 25, sowie eine Saugplatte 26, die insbesondere als Aufnahme für das Dünnschichtelement D eingerichtet ist.
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Auch insbesondere der Drehteller 22 und/oder der Dauermagnet 23 sind Teil der magnetischen Verriegelungseinrichtung, auf die noch bei der nachfolgenden Beschreibung des Handhabungsverfahrens näher eingegangen werden wird.
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Weitere Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich insbesondere aus einer Beschreibung der Handhabung eines Dünnschichtelementes mit einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsaufnahme.
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Die Bearbeitungsaufnahme ist dazu eingerichtet ein Dünnschichtelement D, insbesondere eine Bipolarplatte BPP, aufzunehmen und in X, Y- und Z-Richtung zu fixieren. Die hierzu bevorzugt erforderlichen Schritte sollen durch die verschiedenen Zustände der Bearbeitungsaufnahme in den 6 bis 12 näher beschrieben werden. Es versteht sich, dass hier nur einige ausgewählte Verfahrensschritte dargestellt sind, wie sie für das Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens hilfreich sind. Das Verfahren kann weitere, dem Fachmann bekannte, Schritte bzw. Zwischenschritte umfassen.
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Die 6 bis 12 visualisieren insbesondere eine Prozessbeschreibung der Bearbeitungsaufnahme. Es sind insbesondere sieben Zustände der Bearbeitungsaufnahme dargestellt, die einzelne Prozessschritte bei der Handhabung der Bearbeitungsaufnahme darstellen sollen.
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In einem ersten Zustand bzw. Verfahrensschritt gemäß 6, der auch als Grundstellung angesprochen werden kann, zeichnet sich die Bearbeitungsaufnahme insbesondere durch folgende Merkmale aus:
- In einem ersten Verfahrensschritt befindet sich die Druckplatte 2 auf der Grundplatte 1, wobei ein Dünnschichtelement D, insbesondere eine Bipolarplatte, zwischen der Grundplatte 1 und der Druckplatte 2 angeordnet ist, wobei die magnetische Verriegelungseinrichtung die Grundplatte 1 und die Druckplatte 2 einander fixiert.
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Bei der Fixierung durch die magnetische Verriegelungseinrichtung ist der Magnet 23 durch das Betätigungsmittel 3, insbesondere den Drehteller 22, vorzugsweise derart ausgerichtet, dass dieser mit dem Magneten 12 in der Grundplatte 1 eine Anziehungskraft zueinander ausüben. Dadurch wird die Druckplatte 2 flächig gegen die Grundplatte 1 gedrückt. Folglich wird das Dünnschichtelement D ebenfalls flächig zwischen der Druckplatte 2 und der Grundplatte positionssicher eingeklemmt.
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Diese Funktion ist auch ohne Dünnschichtelement D gegeben. Dadurch sind Leerfahrten möglich. Die Druckplatte 2 wird dabei durch den selben Mechanismus in Position gehalten.
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In einem zweiten Zustand bzw. Verfahrensschritt gemäß 7 zeichnet sich die Bearbeitungsaufnahme insbesondere durch folgende Merkmale aus:
- In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Greifer G abgesenkt und koppelt dabei die mindestens eine Kupplung 4 für die Ansaugeinrichtung und das Betätigungsmittel 3 für die magnetische Verriegelungseinrichtung an.
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In einem dritten Zustand bzw. Verfahrensschritt gemäß 8 zeichnet sich die Bearbeitungsaufnahme insbesondere durch folgende Merkmale aus:
- In einem dritten Verfahrensschritt werden die Verbindungsmittel 5 des Greifers G angekoppelt, wobei gleichzeitig die Druckplatte 2 mit einem Vakuum beaufschlagt wird. Das Betätigungsmittel 3 löst die magnetische Verriegelungseinrichtung zwischen Grundplatte 1 und Druckplatte 2.
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Das Lösen der magnetischen Verriegelungseinrichtung erfolgt insbesondere dadurch, dass der obere Dauermagnet 23 durch das Betätigungsmittel 3, insbesondere den Drehteller 22, um 90° einen definierten Winkel (90° dargestellt) verdreht wird. Durch die Verdrehung des Dauermagneten 23 werden die Magnetfelder ebenfalls verdreht und die Haltekraft zwischen der Grundplatte 1 und der Druckplatte 2 aufgehoben.
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In einem vierten Zustand bzw. Verfahrensschritt gemäß 9 zeichnet sich die Bearbeitungsaufnahme insbesondere durch folgende Merkmale aus:
- In einem vierten Verfahrensschritt wird das Dünnschichtelement D gemeinsam mit der Druckplatte 2 durch den Greifer G angehoben und das Dünnschichtelement wird an vorbestimmter Stelle abgelegt.
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Durch Verwendung eines geeigneten Manipulators (Roboter, Linearachssystem, o.ä.) kann der Greifer G in eine Entladeposition für das Dünnschichtelement D verfahren und das Dünnschichtelement D übergeben werden. Die Grundplatte 1 verbleibt entsprechend vorzugsweise an Ort und Stelle bzw. wird anderweitig an vorbestimmte Stelle transportiert.
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In einem fünften Zustand bzw. Verfahrensschritt gemäß 10 zeichnet sich die Bearbeitungsaufnahme insbesondere durch folgende Merkmale aus:
- In einem fünften Verfahrensschritt wird die Druckplatte 2 auf die Grundplatte 1 abgesenkt, wobei die Bearbeitungsaufnahme nicht mit einem Dünnschichtelement D beladen ist. Die Druckplatte wird durch das aktive Magnetfeld mit einer Haltekraft ohne Dünnschichtelement für eine Leerfahrt auf der Druckplatte fixiert.
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In einem sechsten Zustand bzw. Verfahrensschritt gemäß 11 zeichnet sich die Bearbeitungsaufnahme insbesondere durch folgende Merkmale aus:
- In einem sechsten Verfahrensschritt stellt das Verbindungsmittel eine lösbare Verbindung mit der Druckplatte her, insbesondere werden die Greifelemente 5 an die Druckplatte 2 angekoppelt. Ferner löst das Betätigungsmittel 3 die magnetische Verriegelungseinrichtung zwischen Grundplatte und Druckplatte, insbesondere wird das Magnetfeld verdreht und dadurch die Haltekraft aufgehoben. Mit anderen Worten, wird das Betätigungsmittel in diejenige Position verdreht, dass die magnetische Verriegelung zwischen der Grundplatte 1 und der Druckplatte 2 aufgehoben ist.
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In einem siebten Zustand bzw. Verfahrensschritt gemäß 12 zeichnet sich die Bearbeitungsaufnahme insbesondere durch folgende Merkmale aus:
- In einem siebten Verfahrensschritt wird die Druckplatte 2 durch den Greifer angehoben, insbesondere in eine Entnahmeposition für das Dünnschichtelement verfahren. Das Dünnschichtelement D kann durch die Ansaugeinrichtung aufgenommen und anschließend auf der Grundplatte 1 abgelegt und zwischen der Druckplatte 2 und der Grundplatte 1 durch Betätigung der magnetischen Verriegelungseinrichtung eingeklemmt werden.
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Insbesondere durch Nutzung der in der Druckplatte 2 integrierten Saugplatte 26 kann ein Dünnschichtelement D aufgenommen und anschließend auf der der Bearbeitungsaufnahme abgelegt und vorzugsweise zwischen der Druckplatte 2 und der Grundplatte 1 eingeklemmt werden. In der 12 ist die Bearbeitungsaufnahme ohne Dünnschichtelement D dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Dichtmittelauftrag auf ein Dünnschichtelement unter Zuhilfenahme einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsaufnahme soll nachfolgend anhand der 13 näher erläutert werden. Es versteht sich, dass hier nur einige ausgewählte Verfahrensschritte dargestellt sind, wie sie für das Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens hilfreich sind. Das Verfahren kann weitere, dem Fachmann bekannte, Schritte bzw. Zwischenschritte umfassen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Dichtmittelauftrag auf ein Dünnschichtelement, beispielsweise eine Bipolarplatte, gelangt eine erfindungsgemäße Bearbeitungsaufnahme zum Einsatz.
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In einem ersten Verfahrensschritt, in einer Beladestation I, erfolgt ein Auflegen und fixieren des Dünnschichtelements auf einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsaufnahme.
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In einem zweiten Verfahrensschritt, in einer Auftragsstation II für Bindemittel, erfolgt insbesondere eine Benetzung der Dichtmittelkontur des Dünnschichtelementes.
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In einem dritten Verfahrensschritt, in einer Kamerastation III, erfolgt eine Ermittlung der Position des Dünnschichtelementes auf der Bearbeitungsaufnahme und des Reliefs unter der Dichtmittelkontur, wobei beides in Relation zur Grundplatte vermessen und in einer geeigneten Datenverarbeitungseinrichtung abgespeichert wird.
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In einem vierten Verfahrensschritt, in einer Dichtmittelauftragsstation IV, erfolgt ein Auftragen der Dichtmittelkontur. Dabei kann, durch die Daten aus dem dritten Verfahrensschritt, die Dichtmittelkontur entsprechend den geforderten Qualitätsanforderungen aufgetragen werden ohne eine erneute Positionserkennung durchführen zu müssen.
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In einem fünften Verfahrensschritt, in einem Übersetzer V, erfolgt ein Entnehmen des Dünnschichtelementes aus der Bearbeitungsaufnahme und eine Übergabe an eine Erwärmeinheit.
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In einem sechsten Verfahrensschritt, in der Erwärmeinheit bzw. einer Kühleinheit VI, erfolgt ein Aushärten bzw. Kühlen der Dünnschichtelement.
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In einem siebten Verfahrensschritt, in einem Übersetzer VII, erfolgt ein Entnehmen des Dünnschichtelementes und eine Übergabe sowie Fixierung an die Bearbeitungsaufnahme.
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In einem achten Verfahrensschritt, in einer Kamerastation VIII, erfolgt eine Überprüfung der Dichtmittelkontur des Dünnschichtelementes, wobei das Ergebnis in einer geeigneten Datenverarbeitungsanlage abgespeichert wird. Bei Verwendung eines geeigneten Transportsystems kann die Kamera aus dem dritten Verfahrensschritt erneut angefahren werden.
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In einem neunten Verfahrensschritt, in einer Wendestation IX, erfolgt ein Wenden des Dünnschichtelementes.
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Der Transport bzw. die Handhabung des Dünnschichtelementes, insbesondere der Bipolarplatte, erfolgt vorzugsweise zwischen den Stationen
- - I und II
- - II und III
- - III und IV
- - IV und V,
- - VII und VIII und/oder
- - VIII und IX statt.
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Nach dem letzten bzw. neunten Verfahrensschritt kann der Prozess, insbesondere der Dichtmittelauftrag, von Neuem starten.
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Das oben skizzierte Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass
- - das Fixieren und Lösen dieser in der Kamerastation und in jeder Dichtmittelstation entfällt, und/oder
- - die Positionsermittlung in jeder Dichtmittelauftragsstation entfällt.
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Da für eine hohe Stückzahl mehrere Dichtmittelauftragsstationen benötigt werden, ergeben sich signifikante Kosten und Taktzeiteinsparungen. Insbesondere durch Verwendung eines geeigneten Transportsystems, zum Beispiel eines mit Magnetfeld gesteuerten Systems, ist eine Mehrfachnutzung anderer Stationen (zum Beispiel teurer Kamera Stationen), eine Steigerung der Verfügbarkeit der Anlage zum Dichtmittelauftragen gegeben und eine Vereinfachung der einzelnen Stationen möglich.
