EP4196419A1 - Transportvorrichtung zum transport und zur ablage von dünnschichtelementen und verfahren - Google Patents

Transportvorrichtung zum transport und zur ablage von dünnschichtelementen und verfahren

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Publication number
EP4196419A1
EP4196419A1 EP21765600.8A EP21765600A EP4196419A1 EP 4196419 A1 EP4196419 A1 EP 4196419A1 EP 21765600 A EP21765600 A EP 21765600A EP 4196419 A1 EP4196419 A1 EP 4196419A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transport
thin
elements
eccentric
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21765600.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Walter
Simon Gerecht
Martin Reinhold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp System Engineering GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4196419A1 publication Critical patent/EP4196419A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G21/00—Supporting or protective framework or housings for endless load-carriers or traction elements of belt or chain conveyors
    • B65G21/20—Means incorporated in, or attached to, framework or housings for guiding load-carriers, traction elements or loads supported on moving surfaces
    • B65G21/2027—Suction retaining means
    • B65G21/2036—Suction retaining means for retaining the load on the load-carrying surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2404—Processes or apparatus for grouping fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Transport device for transporting and depositing thin-film elements and method
  • the invention relates to a transport device for transporting and depositing thin-film elements, in particular fuel cell stack elements, and a method for transporting and depositing thin-film elements with a transport device.
  • stack elements consisting of thin-film elements are stacked to form a fuel cell stack.
  • a thin-film element can be, for example, a membrane-electrode assembly—abbreviated to MEA—or a bipolar plate—abbreviated to BPP.
  • MEA and BPP are stacked alternately between the top and bottom cover plates.
  • the stacking process is expediently carried out in the vertical direction; However, it is also conceivable to place BPP and MEA horizontally next to one another.
  • the number of stacked fuel cells depends on the performance to be provided by the "stack" and can be in the order of up to 600 parts with an overall height of around 680mm.
  • the MEA and the BPP are of different types, which is particularly evident in the fact that the MEA is very pliable and flexible, while the BPP has a much higher flexural rigidity, which is due to the fact that the BPP consists of a metallic material and is usually thicker than the MEA.
  • a BPP can also be made from a graphite-like material and the MEA from a silicon-like material.
  • fuel cell stacks can be manufactured using two different processes. On the one hand, stacking, pressing and final assembly of tension elements can take place in one device. The fuel cell stack is then removed from the device and transported to the final assembly. On the other hand, the fuel cell stacks can be stacked in a device. The fuel cell stacks are then transferred to a press that is attached to a handling device such as a robot. The stacks, including the press, are then transferred to a device for assembling tension elements. This is followed by transport to final assembly.
  • Both processes alternately stack the BPP and MEA until the required “stack” height is reached.
  • the MEA When handling the MEA, it is necessary to take into account its low inherent stability in order not to damage it. From the point of view of In the overall process, the BPP and MEA are initially available as individual, non-precisely positioned individual elements. It is therefore necessary to bring each of these elements into a dimensionally accurate position by appropriate handling, from which they can be stacked while maintaining the positioning to form a fuel cell stack, this stacking inherently involving an alternating arrangement of BPP and MEA.
  • the stacking of MEA and BPP to form the "stack" and the simultaneous alignment of the MEA and BPP in the reference position to each other requires a comparatively high level of equipment and process engineering effort, which runs counter to the overriding goals of increasing the number of pieces with a simultaneously reduced cycle time.
  • the object of the present invention is to provide a simplified sub-process for handling the thin-film elements in the sense of what is described above, in order to bring them into a dimensionally accurate position for subsequent stacking in this sub-process.
  • a transport device for transporting and depositing thin-film elements, in particular fuel cell stack elements, with a plurality of conveyor belt-based transport routes arranged parallel to one another and extending in a transport direction R T , an eccentric drive unit with eccentric elements, with eccentric elements each in a starting area and an end area of each transport section are in a drive connection with this in order to cause vertical movements of the respective start area and end area of the transport sections via the eccentric drive unit in relation to the transport direction R T , with adjacent transport sections executing vertical movements offset in time.
  • the transport device With the transport device according to the invention, it is possible to transport several thin-film elements at a time due to the opposing vertical movements of different transport sections. About the vertical movement, it is possible Release transport routes from the thin-film element, which is transported by another transport route. This makes it possible to impress different movement profiles in the direction of transport on the thin-film elements transported on different transport routes.
  • the eccentric elements can be, for example, rotating cams or eccentric contours.
  • eccentric elements are arranged on two synchronously driven eccentric shafts.
  • the eccentric shafts can also be referred to as camshafts if the eccentric elements are designed as cams.
  • a uniform vertical movement can be imposed via eccentric elements. It is also possible via the eccentric elements to realize different profiles for the vertical movement between the transport sections.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the eccentric elements transmit the vertical movements to a respective deflection roller at the beginning and end of the conveyor-belt-based transport routes.
  • a sufficient pivoting movement can be initiated in each of the transport sections by means of these points of attack, which are located extremely far from the outside.
  • the deflection rollers are part of the load-bearing structure of the transport sections, so that no further stabilizing measures are required for these points of contact.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a transport section has a plurality of conveyor belts that are arranged parallel to one another and are driven synchronously. As a result, the support surface for the respective thin-film elements is divided up, so that the thin-film elements can be larger in terms of surface area than the pure support surface and still rest stably and securely.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a suction device is connected to an inner volume of the conveyor belts in order to cause suction of the thin-layer elements on an outside of the conveyor belts.
  • a suction device is connected to an inner volume of the conveyor belts in order to cause suction of the thin-layer elements on an outside of the conveyor belts.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the conveyor belts of different transport routes are alternately arranged adjacent to one another. This alternating arrangement of the transport paths makes it possible for all thin-film elements to be transported over the same transport path, ie to be transported within the same lateral boundaries, even if they run over different transport paths.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a further drive unit for driving a conveyor belt of the transport route is provided for each of the transport routes. This makes it possible to drive the transport sections independently of one another.
  • a transport speed of each of the transport sections can be regulated independently and steplessly via the corresponding drive unit.
  • the transport speed of each transport section can be regulated until it comes to a standstill.
  • each of the transport sections forms an essentially horizontally aligned transport plane on its underside.
  • the transport plane formed on the underside of the transport sections is advantageous in that the thin-film elements can be transferred at the end of the transport section from the transport plane directly down into a stacked workpiece carrier of whatever type for stacking the thin-film elements. At this point it could also be said that the thin-film elements are ejected from the transport plane in the direction of the stacked workpiece carrier.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that at least in some areas a level blowing device is directed parallel to the transport plane.
  • This blowing device can be provided either as an alternative or in addition to the suction of the thin-layer elements onto the conveyor belts, which has already been described as advantageous.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that an alignment funnel parallel to the transport plane is arranged at least in some areas in the area of the underside of the transport sections.
  • a double funnel is preferably integrated into the alignment funnel, so that the thin-film elements pass through both funnels one after the other in the direction of fall.
  • the alignment funnel makes it possible to finally bring the thin-film elements into the position in which they are deposited or stacked in the stacked workpiece carrier. Since each thin-film element is guided through the alignment funnel, the thin-film elements are all given the same absolute alignment, so that after they have been placed on the fuel cell stack, they are all positioned exactly to one another.
  • the alignment funnel comprises a frame on the inner circumference of which a plurality of centering lugs are arranged.
  • the funnel shape can be realized via the majority of the centering lugs.
  • the centering lugs continue to approach the final positioning dimension as they pass through the funnel, which is referred to as the principle of the double funnel.
  • the centering lugs can be attached in particular releasably, for example with a Screw connection so that they can be changed if necessary, for example when processing thin-film elements with different dimensions.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a push-off device is arranged on the upper side of the transport sections opposite the aligning funnel, which can be moved vertically from the upper side of the transport sections and can pass through the transport plane in a lower end position.
  • the piercing element which is effective from the top of the transport paths, makes it possible to eject the thin-layer elements downwards in the direction of the stacked workpiece carrier on the transport plane, which lies on the underside of the transport paths.
  • a blow-off device can also be provided, the blow-off nozzles of which are directed vertically downwards through the transport sections in order to eject or blow off a thin-layer element vertically downwards.
  • the object is also achieved by a method for transporting and depositing thin-film elements, in particular fuel cell stack elements, in which a transport device with a plurality of conveyor-belt-based transport routes arranged parallel to one another and extending in a transport direction R T is provided, mutual picking up of a first thin-film element from a first transport section and a second thin-film element from a second transport section and the thin-film elements are picked up by the respective transport section at a transport speed and are transported along the transport section with a reduction in the transport speed and are ejected after each passage through the transport section, with the ejection of one of the Thin-film elements takes place with the simultaneous recording of another thin-film element and a starting area and an end area of each transport section during the transport of a thin-film element in each case perform vertical movements in a vertical direction R v oriented perpendicularly to the transport direction R T , the vertical movements of the start regions and end regions of the transport sections being offset in time with respect to the vertical direction R v in accordance with
  • An advantageous embodiment of the method provides that, via the vertical movements, both the initial area of the transport sections for receiving a thin-film element and the end area of the transport sections for ejecting a thin-film element are lowered, in particular lowered alternately, relative to an essentially horizontal transport plane formed by an underside of the transport sections .
  • the transport speed for ejecting a thin-film element is reduced until it comes to a standstill.
  • An advantageous embodiment of the method is characterized by the generation of the vertical movements by a counter-rotating vertical up and down movement of the respective start area and end area of the transport sections.
  • FIG. 1 shows an overall system with a transport device according to the invention in a schematic representation
  • FIGS. 2 to 4 show a transport device according to the invention in various representations
  • FIGS. 5a), 5b a transport device according to the invention and a transport of thin-film elements in two representations
  • FIG. 6 shows an illustration of one downstream of the transport device
  • FIG. 7 shows a detail of the transport device.
  • FIG. 1 first shows a possible overall system 1, within which a transport device 10 according to the invention is arranged.
  • the overall system 1 is only an exemplary configuration of such a system.
  • the overall system 1 initially has a conveyor belt 4 onto which the thin-film elements 2 are placed at equal time intervals, so that the thin-film elements 2 have the same spacing, subject to tolerances, in the transport direction R T .
  • the thin-film elements 2 successively pass through an alignment unit 6, which preferably has a conveyor belt on each side.
  • the thin-film elements 2 experience a final alignment via the alignment unit 6, namely with regard to their distance from one another in the transport direction R T and with regard to their perpendicular position to the transport direction R T .
  • the thin-film elements 2 are transferred from the conveyor belt 4 to the transport device 10 according to the invention; a process that will be described in more detail later. After passing through the transport device 10, the thin-film elements 2 are pushed off the transport device 10 or ejected in an end region of the transport device 10 via a push-off device 50. The discharge can also be carried out by blowing off using one or more blowing nozzles.
  • the thin-film elements 2 pass through an alignment funnel 40 through which they have another experience dimensionally accurate positioning before they are stacked in the stack workpiece carrier 8 to form a fuel cell stack, which does not require a more detailed explanation here.
  • FIG. 2 shows a transport device 10 according to the invention in a side view
  • FIG. 3 shows the transport device 10 in a perspective view.
  • the transport device 10 has two transport paths 12i and 12 2 which each form a transport plane 18 on an underside.
  • One transport route 12i includes two conveyor belts 13 and the second transport route 12 2 includes three conveyor belts 14. All conveyor belts 13, 14 are arranged parallel to one another.
  • the conveyor belts 13, 14 of the two transport sections 12i, 122 are arranged alternately adjacent to one another, which can be seen in FIG.
  • a separate drive unit 16i, 16 2 is provided for each of the conveyor belts 13 , 14 of the two transport routes 12 i , 12 2 .
  • the drive units 16i, 16 2 are preferably arranged above the transport routes 12i, 12 2 and each have a drive shaft 26i, 26 2 , via which the conveyor belts 13, 14 are guided over it for the drive connection.
  • a clamping device 28 is provided for each conveyor belt 13, 14 .
  • the transport device 10 includes an eccentric drive unit 20 with eccentric elements 22, the eccentric elements 22 being part of two eccentric shafts 24 in the present case. It can be provided that one eccentric shaft 24 is driven directly by a drive motor and the other eccentric shaft 24 indirectly, for example via a drive belt. Both eccentric shafts 24 are driven synchronously and with a 1:1 translation with an angular offset with the same eccentric stroke.
  • the eccentric shafts 24 are held in respective bearing blocks 32i, 32 2 .
  • the arrangement of bearing blocks 32, the eccentric shafts 24, the eccentric elements 22 and transmission tappets 34, which produce the mechanical operative connection between the eccentric elements 22 and the conveyor belts 13, 14, is preferred both in a starting area and in an end area of the transport sections 12i , 12 2 provided. Consequently, this arrangement is duplicated.
  • the second and fourth eccentric element 22 on each eccentric shaft 24 is assigned to the conveyor belts 13 and the first, third and fifth eccentric element 22 on each eccentric shaft 24 is assigned to the conveyor belts 14 .
  • a suction device 36 is provided, which is connected via a vacuum line to an interior of pipe sections 37i and 372 and via which a vacuum can be generated within the conveyor belts 13, 14.
  • the material of the conveyor belts 13, 14 is designed to be air-permeable, it is possible to suck a thin-layer element 2 onto the corresponding conveyor belt. It can be seen in FIG. 3 that the piece of pipe 371 forms through-grooves in an inner volume of the conveyor belts 13 so that the negative pressure generated can form in the conveyor belts 13 . Likewise, the piece of pipe 37 has 2 through-grooves for forming the negative pressure in the conveyor belts 14 .
  • a control and regulation unit 48 is also outlined in FIG . Via the control and regulation unit 48 it is preferably possible to control or regulate the drives 16 and 24 with regard to their rotational speed but also with regard to a rotational speed profile.
  • a speed profile is to be understood in particular as a change in the speed over a period of time, it also being possible for a speed of zero to be part of the profile.
  • the conveyor belt 4 is preferably also included in this control or regulation.
  • the transport device 10 comprises a base frame, not shown here, on which immovable parts are held and are carried out relative to the movements of the moving parts.
  • the bearing blocks 32i, 32 2 are held stationary on the base frame.
  • An eccentric shaft 24 is mounted in each of the bearing blocks 32i, 32 2 and can be driven in rotation. In the present case, five slide or roller bearings are provided for supporting the eccentric shaft 24 .
  • the eccentric elements 22 are arranged on the eccentric shaft 24 between the sliding or roller bearings.
  • Each eccentric element 22 is operatively connected to a transmission ram 34 according to the principle of a crankshaft, with each transmission ram 34 being connected to a deflection roller 15 at the end of each conveyor belt 14 .
  • each of the eccentric elements 22 located on it By rotating the eccentric shaft 24, each of the eccentric elements 22 located on it also rotates, so that the transmission plungers 34 connected to the respective eccentric element 22 are forced into a lifting movement or vertical movement. This movement is transmitted to the corresponding conveyor belt 14 via the connection between the transmission plunger 34 and the respective deflection roller 15 .
  • the movement profiles imposed by the eccentric drive unit 20 on the transport routes 12i, 12 2 , and thus their respective conveyor belts 14, can be described as follows:
  • the starting area and the end area of one of the transport routes 12i, 12 2 always perform an opposite vertical movement. That is, if the beginning area moves vertically upwards, the end area moves vertically downwards in the opposite direction.
  • the other transport section 12 2 , 12i now moves in the opposite direction overall. That is, when the beginning portion of the first transportation path 12i moves vertically upwards, the beginning portion of the second transportation path 12 2 moves vertically downwards. Consequently, the end regions of the two transport paths 12i, 12 2 move in opposite directions.
  • This movement profile is not just a pivoting movement about a central pivoting axis of the transport sections 12i , 122. Rather, the mutual vertical movement of each transport path 12i, 12 2 results in a movement profile in which the two transport paths 12i, 12 2 lie in two horizontal planes that are vertically spaced from one another at the time when they are both exactly horizontal. As will be described later, this is crucial because both transport sections 12i, 12 2 have different transport speeds during their vertical movements, so that it must be ensured that a thin-film element 2 transported from one transport section 12i, 12 2 does not come into contact with the other transport section 12 2 , 12i is coming.
  • This movement profile is provided both for a transport path 12i, 12 2 as a whole and for each of its conveyor belts 13, 14. It has already been explained that, starting from the relevant eccentric element 22 , the vertical movement is transmitted to the corresponding conveyor belt 13 , 14 via the connection between the transmission plunger 34 and the respective deflection roller 15 .
  • the eccentric elements 22 of the other transport section 12 2 are oriented offset on the respective eccentric shaft 24 at the beginning and end, compared to the eccentric elements 22 on the same side of the first transport section 121 .
  • a driven rotation of the eccentric shafts 24 consequently causes a vertical movement of both transport sections 12i and 12 2 at the beginning and end, which, however, runs in opposite directions with respect to its direction of movement between transport sections 12i, 12 2 .
  • FIG. 5a) shows how a thin-film element 2 was initially transported to the transport device 10 via the transport belt 4.
  • the conveyor belt 4 ends at an underside of the transport device 10.
  • the transport plane 18 of the transport device 10 is located on this underside, so that the thin-film elements 2 are transferred from the conveyor belt 4 to the transport plane 18.
  • a blowing device 30 is located in this area of the transport plane 18. The blowing device 30 is therefore directed at least in some areas against the underside of the transport paths 12.
  • the blowing device 30 is fed in a suitable manner with an air flow which, as a result of at least a slight overpressure, blows off upwards through outlet openings in the direction of the transport plane 18 .
  • a thin-layer element 2, which is located in the space between the blowing device 30 and the transport plane 18, is consequently applied upwards against the conveyor belts 14 of the transport sections 12 due to its low weight and its areal extent.
  • the thin-film element 2 is caught by the action of the blowing device 30, steamed up into the transport plane 18 and taken over by the moving conveyor belts 14 and transported further.
  • the already described suction device 36 of the conveyor belts 13, 14 can also be used here, but this will not be discussed again at this point.
  • the conveyor belt 4 and the conveyor belts 14 preferably have the same conveying speed, which can also be referred to as the transport speed.
  • the conveyor belts 14i and 14 2 of the first transport section 121 are positioned vertically downwards in the initial area via the eccentric drive unit 20 .
  • the starting area of the conveyor belts 14 3 to 14 5 of the second transport section 12 2 is then positioned vertically upwards, so that the conveyor belts 14 3 to 14 5 of the second transport section 12 2 cannot come into contact with the thin-film element 2 that has just been accepted .
  • a thin-film element 2 does not come into contact with the other transport path 12 2 , 12 1 after it has been taken over and during transport through one transport path 12 1 , 12 2 .
  • FIG. 5b shows how the first thin-film element 2i was transported along the first transport route 12i to the end area. Meanwhile, the conveyor belts 14i, 14 2 of the first transport section 12i have been placed vertically upwards in the initial area and vertically downwards in the end area via the eccentric drive unit 20 . The first thin-film element 2i is now located above the aligning funnel 40 and is ejected vertically downwards out of the transport plane 18 by the ejection device 50 (not shown here), see FIG. 1, symbolized by the two arrows pointing downwards.
  • the repelling device can be designed mechanically as a piercing element or as one or more blowing nozzles.
  • FIG. 6 shows the alignment funnel 12 as a detail, through which the thin-film elements 2 receive a further dimensionally accurate positioning after they have left the end position of the transport device 10 in a vertical downward direction.
  • the alignment funnel 12 is designed as a double funnel, in which a dual alignment function is integrated.
  • the alignment funnel 40 comprises a frame 42 on the inner circumference 44 of which a plurality of centering lugs 46 are arranged.
  • An alignment contour for the thin-film element 2 is impressed on the alignment cone 40 via the centering lugs 46 and 47 on the inner circumference 44 .
  • two different designs of centering lugs 46 and 47 can be used.
  • each thin-film element 2 is pre-centered by the wider centering lugs 46, so that the alignment of the respective thin-film element 2 is sufficient to allow a second final alignment to take place in the centering lugs 47 that are located further below and taper to a point during the downward movement of the thin-film element.
  • FIG. 7 shows a further detail of the transport device 10.
  • a crank-driven deceleration stop 52 is shown, which comprises a stop element which can be brought into a position in the end regions of the transport paths 121, 122 by means of a crank.
  • the stop element is able to prevent further transport of the respective thin-layer element 2 so that the thin-layer element 2 is stopped exactly above the aligning funnel 40 and can be ejected from the transport device 10 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung zum Transport und zur Ablage von Dünnschichtelementen, insbesondere von Brennstoffzellenstapelelementen, und ein Verfahren zum Transportieren und zum Ablegen von Dünnschichtelementen mit einer Transportvorrichtung.

Description

Transportvorrichtung zum Transport und zur Ablage von Dünnschichtelementen und Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung zum Transport und zur Ablage von Dünnschichtelementen, insbesondere von Brennstoffzellenstapelelementen, und ein Verfahren zum Transportieren und zum Ablegen von Dünnschichtelementen mit einer Transportvorrichtung. Derartigen aus Dünnschichtelementen bestehenden Stapelelemente werden zu einem Brennstoffzellenstapel aufgestapelt. Bei einem Dünnschichtelement kann es sich beispielsweise um eine Membran-Elektroden-Einheit - abgekürzt MEA - oder eine Bipolarplatte - abgekürzt BPP - handeln. Ein Brennstoffzellenstapel - im Englischen mit dem Begriff „Stack“ bezeichnet - besteht vereinfacht beschrieben aus mehreren, aufeinander gestapelten einzelnen Brennstoffzellen, einer oberen Deckplatte und einer unteren Deckplatte. Zwischen der oberen und unteren Deckplatte werden abwechselnd MEA und BPP aufgestapelt. Der Prozess des Aufstapelns erfolgt zweckmäßigerweise in vertikaler Richtung; denkbar ist aber auch ein waagerechtes Nebeneinandersetzen von BPP und MEA. Die Anzahl der gestapelten Brennstoffzellen ist abhängig von der zu erbringenden Leistung des „Stacks“ und kann in einer Größenordnung von bis zu 600 Teilen, bei etwa einer Bauhöhe von 680mm, betragen. Die MEA und die BPP sind in ihrer Art unterschiedlich beschaffen, was sich insbesondere darin äußert, dass die MEA sehr biegeweich bzw. flexibel ist und demgegenüber die BPP eine weitaus höhere Biegesteifigkeit aufweist, was darin begründet ist, dass die BPP aus einem metallischen Werkstoff besteht und in der Regel dicker ist als die MEA. Alternativ kann eine BPP auch aus einem graphitartigen Material und die MEA aus einem silikonartigen Material ausgeführt sein.
Die Herstellung von Brennstoffzellenstapeln kann herkömmlich über zwei unterschiedliche Prozesse erfolgen. So kann zum einen in einer Vorrichtung ein Aufstapeln, ein Pressen und eine abschließende Zugelementemontage erfolgen. Anschließend wird der Brennstoffzellenstapel aus der Vorrichtung entnommen und zur Restmontage transportiert. Zum anderen können die Brennstoffzellenstapel in einer Vorrichtung aufgestapelt werden. Anschließend werden die Brennstoffzellenstapel an eine Presse übergeben, die an einem Handhabungsgerät wie beispielsweise einem Roboter befestigt ist. Anschließend werden die Stapel einschließlich der Presse einer Vorrichtung für die Zugelementemontage übergeben. Hiernach erfolgt der Transport in die Endmontage.
Bei beiden Prozessen erfolgt ein abwechselndes Aufstapeln der BPP und der MEA, bis die erforderliche „Stack“-Höhe erreicht ist. Hierbei ist es erforderlich bei jeder Handhabung der MEA deren geringe Eigenstabilität zu beachten, um sie nicht zu beschädigen. Aus Sicht des Gesamtprozesses liegen BPP und MEA zunächst als einzelne, nicht maßgenau positionierte Einzelelemente vor. Es gilt folglich jedes dieser Elemente durch eine entsprechende Handhabung in eine maßgenaue Position zu bringen, von der aus sie unter Beibehaltung der Positionierung zu einem Brennstoffzellenstapel aufgestapelt werden können, wobei dieses Aufstapeln prinzipbedingt ein abwechselndes Anordnen von BPP und MEA beinhaltet. Alternativ ist es möglich, solange dies die gesetzten Rahmenbedingungen erlauben, in einem frühen Prozessschritt jeweils eine MEA und eine BPP bereits zu einem Elementenpaar zusammenzufügen, wie dies in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2020 202 480 des gleichen Anmelders beschrieben wird. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Stapeln von Dünnschichtelementen für die Fertigung von folienbasierten Stromguellen, wie Brennstoffzellen, werden auch in der DE 10 2012 104 624 Al beschrieben.
Zusammenfassend betrachtet erfordert das Aufstapeln von MEA und BPP zu dem „Stack“ und das gleichzeitige Ausrichten der MEA und der BPP in Referenzposition zueinander einen vergleichsweise hohen apparativen und prozesstechnischen Aufwand, der den übergeordneten Zielen einer Erhöhung der Stückzahlen bei gleichzeitig reduzierter Taktzeit zuwiderläuft. Vor diesem Hintergrund wäre es wünschenswert den herkömmlicherweise zwar integrierten aber technisch aufwändigen Aufstapelprozess zu vereinfachen und in einzelne Teilprozesse zu unterteilen, um dann jeden Einzelprozess mit vereinfachten Mitteln durchführen zu können.
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, im Sinne des oben Beschriebenen einen vereinfachten Teilprozess für eine Handhabung der Dünnschichtelemente bereitzustellen, um sie in diesem Teilprozess für ein anschließendes Aufstapeln in eine maßgenaue Position zu bringen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Transportvorrichtung zum Transport und zur Ablage von Dünnschichtelementen, insbesondere von Brennstoffzellenstapelelementen, mit einer Mehrzahl an förderbandbasierten und parallel zu einander angeordneten und sich in einer Transportrichtung RT erstreckenden Transportstrecken, einer Exzenterantriebseinheit mit Exzenterelementen, wobei Exzenterelemente jeweils in einem Anfangsbereich und einem Endbereich jeder Transportstrecke mit dieser in einer Antriebsverbindung stehen, um über die Exzenterantriebseinheit bezogen auf die T ransportrichtung RT Vertikalbewegungen des jeweiligen Anfangsbereichs und Endbereichs der Transportstrecken zu bewirken, wobei benachbarte Transportstrecken zeitlich versetzte Vertikalbewegungen ausführen.
Über die erfindungsgemäße Transportvorrichtung ist es durch die entgegengerichteten Vertikalbewegungen unterschiedlicher Transportstrecken möglich, zu einem Zeitpunkt mehrere Dünnschichtelemente zu transportieren. Über die Vertikalbewegung ist es möglich, die Transportstrecken von dem Dünnschichtelement, welches von einer anderen Transportstrecke befördert wird, freizustellen. Hierdurch ist es möglich den auf unterschiedlichen Transportstrecken transportierten Dünnschichtelementen unterschiedliche Bewegungsprofile in Transportrichtung aufzuprägen. Bei den Exzenterelementen kann es sich beispielsweise um sich drehende Nocken oder Exzenterkonturen handeln.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Exzenterelemente auf zwei synchron angetriebenen Exzenterwellen angeordnet sind. Die Exzenterwellen können auch als Nockenwellen bezeichnet werden, sofern die Exzenterelemente als Nocken ausgeführt sind. Über Exzenterelemente kann eine gleichmäßige Vertikalbewegung aufgeprägt werden. Auch ist es über die Exzenterelemente möglich, zwischen den Transportstrecken unterschiedliche Profile für die Vertikalbewegung zu realisieren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Exzenterelemente die Vertikalbewegungen auf eine jeweilige anfangsseitige und endseitige Umlenkrolle der förderbandbasierten Transportstrecken übertragen. Durch diese äußerst weit außen liegenden Angriffspunkte lässt sich eine ausreichende Schwenkbewegung in jede der Transportstrecken einleiten. Zudem zählen die Umlenkrollen zu der tragenden Struktur der Transportstrecken, so dass keine weiteren stabilisierenden Maßnahmen für diese Angriffspunkte erforderlich sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Transportstrecke mehrere parallel zu einander angeordneten und synchron angetriebene Förderbänder aufweist. Hierdurch wird die Auflagefläche für jeweilige Dünnschichtelemente aufgeteilt, so dass die Dünnschichtelemente flächenmäßig größer sein können als die reine Auflagefläche und dennoch stabil und sicher anliegen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an ein inneres Volumen der Förderbänder eine Ansaugvorrichtung angeschlossen ist, um an einer Außenseite der Förderbänder eine Ansaugung der Dünnschichtelemente zu bewirken. Durch Ansaugen der Förderbänder ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Haftreibung zwischen dem Förderband und dem Dünnschichtelement zu steigern, so dass dieses sicher in relativer Position am Förderband gehalten ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, dass die Dünnschichtelemente hängend transportiert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Förderbänder unterschiedlicher Transportstrecken abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind. Durch diese abwechselnde Anordnung der Transportstrecken ist es möglich, dass alle Dünnschichtelemente, auch wenn sie über unterschiedliche Transportstrecken laufen, über dieselbe Transportbahn befördert werden, d.h. innerhalb derselben seitlichen Begrenzungen befördert werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass für jede der Transportstrecken eine weitere Antriebseinheit zum Antrieb eines Förderbandes der Transportstrecke vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, die Transportstrecken unabhängig voneinander anzutreiben. In konkreter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Transportgeschwindigkeit jeder der Transportstrecken über die entsprechende Antriebseinheit autark und stufenlos regelbar ist. Insbesondere kann vorgesehen, dass die Transportgeschwindigkeit einer jeder Transportstrecke bis zum Stillstand geregelt werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder der Transportstrecken auf ihrer Unterseite eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Transportebene bildet. Die auf der Unterseite der Transportstrecken gebildete Transportebene ist insofern von Vorteil, als dass die Dünnschichtelemente am Ende der Transportstrecke von der Transportebene unmittelbar nach unten in einen wie auch immer gearteten Stapelwerkstückträger zum Aufstapeln der Dünnschichtelemente übergeben werden können. An dieser Stelle könnte auch gesagt werden, dass die Dünnschichtelemente von der Transportebene in Richtung des Stapelwerkstückträgers abgeworfen werden.
Um jedes Dünnschichtelement gegen die Unterseite der Transportstrecken zu halten, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass zumindest bereichsweise eine ebene und zu der Transportebene parallele Anblasvorrichtung gerichtet ist. Diese Anblasvorrichtung kann entweder alternativ oder auch zusätzlich zu der oben bereits als vorteilhaft beschriebenen Ansaugung der Dünnschichtelemente an die Förderbänder vorgesehen sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Bereich der Unterseite der Transportstrecken zumindest bereichsweise ein zu der Transportebene paralleler Ausrichttrichter angeordnet ist. In den Ausrichttrichter ist bevorzugt ein Doppeltrichter integriert, so dass die Dünnschichtelemente in Fallrichtung nacheinander beide Trichter durchlaufen. Über den Ausrichttrichter ist es möglich, die Dünnschichtelemente endgültig in die Position zu bringen, in der sie in dem Stapelwerkstückträger abgelegt bzw. gestapelt werden. Da jedes Dünnschichtelement durch den Ausrichttrichter geschleust wird, erhalten die Dünnschichtelemente alle die gleiche absolute Ausrichtung, so dass sie nach der Ablage auf dem Brennstoffzellenstapel alle exakt zu einander positioniert liegen. In konkreter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Ausrichttrichter einen Rahmen umfasst, an dessen Innenumfang eine Mehrzahl Zentrierungsnasen angeordnet sind. Über die Mehrzahl der Zentrierungsnasen kann die Trichterform realisiert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zentrierungsnasen im Verlauf der Durchtrittsstrecke durch den Trichter sich immer weiter dem endgültigen Positionierungsmaß nähern, was als Prinzip des Doppeltrichters bezeichnet wird. Die Zentrierungsnasen können insbesondere lösbar angebracht sein, beispielsweise mit einer Verschraubung, so dass sie bedarfsweise gewechselt werden können, beispielsweise bei der Verarbeitung maßlich anderer Dünnschichtelemente.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass auf der dem Ausrichttrichter entgegengesetzten Oberseite der Transportstrecken eine Abstoßvorrichtung angeordnet ist, die vertikal von der Oberseite der T ransportstrecken verfahrbar und in einer unteren Endposition durch die Transportebene hindurchtreten kann. Durch das Durchstoßelement, welches von der Oberseite der Transportstrecken wirksam ist, ist es möglich, die auf der Transportebene, welche auf der Unterseite der Transportstrecken liegt, die Dünnschichtelemente nach unten in Richtung des Stapelwerkstückträgers auszuschleusen. Als alternative Ausgestaltung kann auch eine Abblasvorrichtung vorgesehen sein, deren Blasdüsen nach vertikal unten durch die Transportstrecken hindurch gerichtet sind, um ein Dünnschichtelement nach vertikal unten abzustoßen bzw. abzublasen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Transportieren und zum Ablegen von Dünnschichtelementen, insbesondere von Brennstoffzellenstapelelementen, bei dem eine Transportvorrichtung mit einer Mehrzahl an förderbandbasierten und parallel zu einander angeordnete und sich in einer Transportrichtung RT erstreckende Transportstrecken bereitgestellt wird, ein wechselseitiges Aufnehmen eines ersten Dünnschichtelements von einer ersten Transportstrecke und eines zweiten Dünnschichtelements von einer zweiten Transportstrecke erfolgt und die Dünnschichtelemente mit einer Transportgeschwindigkeit von der jeweiligen Transportstrecke aufgenommen und entlang der Transportstrecke unter Reduzierung der Transportgeschwindigkeit transportiert werden und nach jeweiligem Durchlaufen der Transportstrecke ausgeschleust werden, wobei das Ausschleusen eines der Dünnschichtelemente unter gleichzeitiger Aufnahme eines weiteren Dünnschichtelements erfolgt und ein Anfangsbereich und ein Endbereich jeder Transportstrecke während des Transports eines Dünnschichtelements jeweils Vertikalbewegungen in einer senkrecht zu der Transportrichtung RT ausgerichteten Vertikalrichtung Rv ausführen, wobei die Vertikalbewegungen der Anfangsbereiche und Endbereiche der Transportstrecken entsprechend dem wechselseitigen Aufnehmen und Ausschleusen des ersten und zweiten Dünnschichtelements bezüglich der Vertikalrichtung Rv zeitlich versetzt erfolgen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass über die Vertikalbewegungen sowohl der Anfangsbereich der Transportstrecken zum Aufnehmen eines Dünnschichtelements als auch der Endbereich der Transportstrecken zum Ausschleusen eines Dünnschichtelements gegenüber einer durch eine Unterseite der Transportstrecken gebildete im Wesentlichen horizontalen Transportebene abgesenkt wird, insbesondere wechselseitig abgesenkt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Transportgeschwindigkeit zum Ausschleusen eines Dünnschichtelements bis zum Stillstand reduziert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch Erzeugen der Vertikalbewegungen durch ein gegenläufiges vertikales Auf- und Abbewegen des jeweiligen Anfangsbereichs und Endbereichs der Transportstrecken.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
Figur 1 eine Gesamtanlage mit erfindungsgemäßer Transportvorrichtung in schematischer Darstellung;
Figuren 2 bis 4 eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung in verschiedenen Darstellungen;
Figuren 5a), 5b) eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung und ein Transport von Dünnschichtelementen in zwei Darstellungen;
Figur 6 eine Darstellung eines der Transportvorrichtung nachgelagerten
Ausrichttrichters und
Figur 7 eine Detaillierung der Transportvorrichtung.
Die Figur 1 zeigt zunächst eine mögliche Gesamtanlage 1, innerhalb der eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung 10 angeordnet ist. Bei der Gesamtanlage 1 handelt es sich nur um eine beispielhafte Ausgestaltung einer solchen Anlage. Die Gesamtanlage 1 weist zunächst ein Transportband 4 auf, auf das Dünnschichtelemente 2 in gleichen zeitlichen Abständen aufgelegt werden, so dass die Dünnschichtelemente 2 in Transportrichtung RT einen toleranzbehafteten gleichen Abstand haben. Auf ihrer Förderstrecke auf dem Transportband 4 durchlaufen die Dünnschichtelemente 2 nacheinander eine Ausrichteinheit 6, die bevorzugt beidseitig jeweils ein Förderband aufweist. Über die Ausrichteinheit 6 erfahren die Dünnschichtelemente 2 eine finale Ausrichtung und zwar bezüglich ihres Abstandes in Transportrichtung RT zueinander, als auch bezüglich ihrer rechtwinkligen Stellung zur Transportrichtung RT. Von dem Transportband 4 werden die Dünnschichtelemente 2 an die erfindungsgemäße Transportvorrichtung 10 übergeben; ein Vorgang, der später noch genauer beschrieben wird. Nach Durchlaufen der Transportvorrichtung 10 werden die Dünnschichtelemente 2 in einem Endbereich der Transportvorrichtung 10 über eine Abstoßvorrichtung 50 von der Transportvorrichtung 10 abgedrückt bzw. ausgeschleust. Das Ausschleusen kann auch durch ein Abblasen mittels einer oder mehrere Blasdüsen erfolgen. Die Dünnschichtelemente 2 durchlaufen einen Ausrichttrichter 40, über den sie eine weitere maßgenaue Positionierung erfahren, bevor sie in dem Stapelwerkstückträger 8 zu einem Brennstoffzellenstapel aufgestapelt werden, was vorliegend keiner genaueren Erläuterung bedarf. Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung 10 in einer Seitenansicht und die Figur 3 zeigt die Transportvorrichtung 10 in einer perspektivischen Ansicht. In beiden Darstellungen ist eine später noch zu beschreibende Anblasvorrichtung 30 ausgeblendet. Die Figuren 2 und 3 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben. Die Transportvorrichtung 10 weist vorliegend zwei Transportstrecken 12i und 122 auf, die auf einer Unterseite jeweils eine Transportebene 18 ausbilden. Die eine Transportstrecke 12i umfasst zwei Förderbänder 13 und die zweite Transportstrecke 122 umfasst drei Förderbänder 14. Alle Förderbänder 13, 14 sind parallel zueinander angeordnet. Zudem sind die Förderbänder 13, 14 der zwei Transportstrecken 12i, 122 abwechselnd benachbart zueinander angeordnet, was in der Figur 3 zu erkennen ist. Für die Förderbänder 13, 14 der zwei Transportstrecken 12i, 122 ist jeweils eine separate Antriebseinheit 16i, 162 vorgesehen. Die Antriebseinheiten 16i, 162 sind bevorzugt oberhalb der Transportstrecken 12i, 122 angeordnet und weisen jeweils eine Antriebswelle 26i, 262 auf, über die die Förderbänder 13, 14 zur Antriebsverbindung drüber geführt sind. Für jedes Förderband 13, 14 ist eine Spannvorrichtung 28 vorgesehen.
Zudem umfasst die Transportvorrichtung 10 eine Exzenterantriebseinheit 20 mit Exzenterelementen 22, wobei die Exzenterelemente 22 vorliegend Bestandteil von zwei Exzenterwellen 24 sind. Es kann vorgesehen sein, dass die eine Exzenterwelle 24 unmittelbar von einem Antriebsmotor angetrieben ist und die andere Exzenterwelle 24 mittelbar beispielsweise über einen Antriebsriemen. Beide Exzenterwellen 24 werden synchron und mit einer 1 :1- Übersetzung winkelversetzt bei gleichem Exzenterhub angetrieben. Die Exzenterwellen 24 sind in jeweiligen Lagerböcken 32i, 322 gehalten. Es besteht eine antriebsmäßige Verbindung der Lagerböcke 32, der Exzenterwellen 24 und der Exzenterelementen 22 mit den Transportstrecken 12i, 122 bzw. mit den Förderbändern 13, 14 der Transportstrecken 12i, 122, so dass über die Exzenterantriebseinheit 20 eine im Folgenden noch zu beschreibende Hubbewegung bzw. Vertikalbewegung aufgeprägt werden kann. Die Anordnung aus Lagerböcken 32, den Exzenterwellen 24, den Exzenterelementen 22 und aus Übertragungsstößel 34, die die mechanische Wirkverbindung zwischen den Exzenterelementen 22 und den Förderbändern 13, 14 jeweils herstellen, ist bevorzugt sowohl in einem Anfangsbereich und als auch in einem Endbereich der Transportstrecken 12i, 122 vorgesehen. Folglich ist diese Anordnung doppelt vorhanden. Hierbei ist das zweite und vierte Exzenterelement 22 auf jeder Exzenterwelle 24 den Förderbändern 13 und das erste, dritte und fünfte Exzenterelement 22 auf jeder Exzenterwelle 24 den Förderbändern 14 zugeordnet. Zudem ist eine Ansaugvorrichtung 36 vorgesehen, die über Unterdruckleitung an einen Innenraum von Rohrstücken 37i und 372 angeschlossen ist und über die ein Unterdrück innerhalb der Förderbänder 13, 14 erzeugt werden kann. Indem das Material der Förderbänder 13, 14 luftdurchlässig ausgeführt ist, ist es möglich ein Dünnschichtelement 2 an das entsprechende Förderband anzusaugen. In der Figur 3 ist zu erkennen, dass das Rohrstück 371 Durchgangsnuten in ein Innenvolumen der Förderbänder 13 ausbildet, so dass sich der erzeugte Unterdrück in den Förderbändern 13 bilden kann. Gleichermaßen weist das Rohrstück 372 Durchgangsnuten für ein Bilden des Unterdrucks in die Förderbänder 14 auf.
In der Figur 2 ist zudem einer Steuer- und Regelungseinheit 48 einskizziert, die in einer Datenaustauschbeziehung mit der Exzenterantriebseinheit 24 und den Antriebsmotoren 16 der Transportstrecken 12i, 122 steht. Über die Steuer- und Regelungseinheit 48 ist es bevorzugt möglich die Antriebe 16 und 24 bezüglich ihrer Drehzahl aber auch bezüglich eines Drehzahlprofils zu steuern bzw. zu regeln. Unter einem Drehzahlprofil soll insbesondere eine Änderung der Drehzahl über einen Zeitverlauf verstanden werden, wobei auch eine Drehzahl von Null Bestandteil des Profils sein kann. In diese Steuerung bzw. Regelung ist bevorzugt auch das Transportband 4 eingeschlossen.
Die erfindungsgemäße Funktion der Exzenterantriebseinheit 20 kann anhand der Figur 4 beschrieben werden. Die Transportvorrichtung 10 umfasst einen vorliegend nicht gezeigten Grundrahmen, an dem unbewegliche Teile gehalten sind und gegenüber den Relativbewegungen der bewegten Teile ausgeführt werden. An dem Grundrahmen sind die Lagerböcke 32i, 322 ortsfest gehalten. In jedem der Lagerböcke 32i, 322 ist eine Exzenterwelle 24 gelagert und kann rotierend angetriebenen werden. Vorliegend sind fünf Gleit- oder Wälzlagerungen für die Lagerung der Exzenterwelle 24 vorgesehen. Die Exzenterelemente 22 sind zwischen den Gleit- oder Wälzlagerungen auf der Exzenterwelle 24 angeordnet. Jedes Exzenterelement 22 steht nach dem Prinzip einer Kurbelwelle in einer Wirkverbindung mit einem Übertragungsstößel 34, wobei jeder Übertragungsstößel 34 mit einer endseitigen Umlenkrolle 15 jedes Förderbandes 14 verbunden ist. Durch ein Drehen der Exzenterwelle 24 dreht sich ebenfalls jeder der auf ihr befindlichen Exzenterelemente 22, so dass die mit dem jeweiligen Exzenterelement 22 verbundenen Übertragungsstößel 34 in eine Hubbewegung bzw. Vertikalbewegung gezwungen werden. Über die Verbindung zwischen Übertragungsstößel 34 und jeweiliger Umlenkrolle 15 wird diese Bewegung auf das entsprechende Förderband 14 übertragen.
Das über die Exzenterantriebseinheit 20 auf die Transportstrecken 12i, 122, und damit ihre jeweiligen Förderbänder 14, aufgeprägten Bewegungsprofile können folgendermaßen beschrieben werden: Der Anfangsbereich und der Endbereich einer der Transportstrecken 12i, 122 führen immer eine entgegengesetzte Vertikalbewegung aus. D.h. wenn sich der Anfangsbereich vertikal nach oben bewegt, bewegt sich der Endbereich entgegengesetzt nach vertikal unten. Die andere Transportstrecke 122, 12ibewegt sich hierzu nun allerdings insgesamt entgegengesetzt. D.h. wenn der Anfangsbereich der ersten Transportstrecke 12i sich nach vertikal oben bewegt, bewegt sich der Anfangsbereich der zweiten Transportstrecke 122 nach vertikal unten. Entgegengesetzt gleich bewegen sich folglich die Endbereiche der beiden Transportstrecken 12i, 122. Bei diesem Bewegungsprofil handelt es sich nicht um eine bloße Schwenkbewegung um eine mittlere Schwenkachse der Transportstrecken 12i, 122. Vielmehr entsteht durch die wechselseitige Vertikalbewegung jeder Transportstrecke 12i, 122 ein Bewegungsprofil, bei dem die beiden Transportstrecke 12i, 122 in dem Zeitpunkt, in dem sie beide genau horizontal liegen, in zwei voneinander vertikal beabstandeten Horizontalebenen liegen. Wie noch beschrieben wird, ist dies deswegen entscheidend, da beide Transportstrecken 12i, 122 während ihren Vertikalbewegungen unterschiedliche Transportgeschwindigkeiten haben, so dass sichergestellt sein muss, dass ein von einer Transportstrecke 12i, 122 transportieren Dünnschichtelement 2 nicht in Berührung mit der anderen Transportstrecke 122, 12i kommt.
Dieses Bewegungsprofil ist sowohl für eine Transportstrecke 12i, 122 insgesamt, als auch für jede ihrer Förderbänder 13, 14 vorgesehen. Bereits erläutert wurde, dass ausgehend von dem betreffenden Exzenterelement 22 über die Verbindung zwischen Übertragungsstößel 34 und jeweiliger Umlenkrolle 15 die Vertikalbewegung auf das entsprechende Förderband 13, 14 übertragen wird. Die Umfangsorientierung des anfangsseitigen Exzenterelements 22 und des endseitigen Exzenterelements 22, welche beide einem Förderband 14 zugeordnet sind, ist ein gewisses Maß von 180° abweichend getroffen, wobei bereits beschrieben wurde, dass beide Exzenterwellen 24 synchron und mit einer l:l-Übersetzung angetrieben werden. Es ist vorgesehen, dass bei der einen Transportstrecke 12i alle anfangsseitigen Exzenterelemente 22 die gleiche Umfangsorientierung zueinander haben und alle endseitige Exzenterelemente die gleiche Umfangsorientierung zueinander haben. Die Exzenterelemente 22 der anderen Transportstrecke 122 sind anfangsseitig und endseitig, verglichen mit den gleichseitigen Exzenterelementen 22 der ersten Transportstrecke 121, versetzt auf der jeweiligen Exzenterwelle 24 orientiert. Eine angetriebene Drehung der Exzenterwellen 24 bewirkt folglich eine anfangsseitige und endseitige Vertikalbewegung beider Transportstrecken 12i und 122, die allerdings zwischen Transportstrecken 12i, 122 bezüglich ihrer Bewegungsrichtung entgegengesetzt verläuft.
Anhand der Figuren 5a) und 5b) wird der Durchlauf von Dünnschichtelementen 2 durch eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung 10 erläutert. Bei den Figuren 5a) und 5b) handelt es sich um rein schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellungen, so dass im Übrigen vollumfänglich auf die vorangegangenen Figuren und deren Beschreibung verwiesen wird. Figur 5a) zeigt, wie ein Dünnschichtelement 2 zunächst, über das Transportband 4 an die Transportvorrichtung 10 herantransportiert wurde. Das Transportband 4 endet an einer Unterseite der Transportvorrichtung 10. An dieser Unterseite befindet sich die Transportebene 18 der Transportvorrichtung 10, so dass die Dünnschichtelemente 2 von dem Transportband 4 in die Transportebene 18 übergeben werden. In diesem Bereich der Transportebene 18 befindet sich eine Anblasvorrichtung 30. Die Anblasvorrichtung 30 ist also zumindest bereichsweise gegen die Unterseite der Transportstrecken 12 gerichtet. Die Anblasvorrichtung 30 wird in geeigneter Weise mit einem Luftstrom gespeist, der infolge eines zumindest geringen Überdrucks nach oben durch Austrittsöffnungen in Richtung der Transportebene 18 abbläst. Ein Dünnschichtelement 2, das sich in dem Zwischenraum zwischen Anblasvorrichtung 30 und Transportebene 18 befindet, wird folglich aufgrund seines geringen Gewichts und seiner flächigen Ausdehnung nach oben gegen die Förderbänder 14 der Transportstrecken 12 beaufschlagt. In dem Zeitraum der Übergabe des Dünnschichtelements 2 von dem Transportband 4 an die Transportebene 18 der Transportvorrichtung 10 wird das Dünnschichtelement 2 von der Wirkung der Anblasvorrichtung 30 erfasst, in die Transportebene 18 beschlagt und von den sich bewegenden Förderbändern 14 übernommen und weitertransportiert. Alternativ oder zusätzlich kann hier auch die bereits beschriebene Ansaugvorrichtung 36 der Förderbänder 13, 14 zum Einsatz kommen, worauf an dieser Stelle aber nicht erneut eingegangen wird. Hierbei haben das Transportband 4 und die Förderbänder 14 bevorzugt die gleiche Fördergeschwindigkeit, welche auch als Transportgeschwindigkeit bezeichnet werden kann. Die Förderbänder 14i und 142 der ersten Transportstrecke 121 sind in dem Anfangsbereich über die Exzenterantriebseinheit 20 nach vertikal unten gestellt. Wie zuvor beschrieben, ist dann der Anfangsbereich der Förderbänder 143 bis 145 der zweiter Transportstrecke 122 nach vertikal oben gestellt, so dass die Förderbänder 143 bis 145 der zweiter Transportstrecke 122 nicht in Kontakt mit dem soeben übernommenen Dünnschichtelement 2 kommen können. Ein Dünnschichtelement 2 kommt nach der Übernahme und während des Transports durch eine Transportstrecke 12i, 122 nicht in Berührung mit der anderen Transportstrecke 122, 12i.
Die Figur 5b) zeigt, wie das erste Dünnschichtelement 2i entlang der erste Transportstrecke 12i zu dem Endbereich transportiert wurde. Währenddessen sind die Förderbänder 14i, 142 der ersten Transportstrecke 12i über die Exzenterantriebseinheit 20 im Anfangsbereich vertikal nach oben und im Endbereich vertikal nach unten gestellt worden. Das ersten Dünnschichtelement 2i befindet sich nun oberhalb des Ausrichttrichters 40 und wird von dem hier nicht dargestellten Abstoßvorrichtung 50 - vergleiche Figur 1 - nach vertikal unten aus der Transportebene 18 ausgestoßen, symbolisiert durch die beiden nach unten zeigenden Pfeile. Wie bereits beschrieben, kann die Abstoßvorrichtung mechanisch als Durchstoßelement oder aber auch als eine oder mehrere Blasdüsen ausgeführt sein. Bei Verwendung Ansaugvorrichtung 36 der Förderbänder 13, 14 ist wird im Moment des Abstoßens des Dünnschichtelements 2 der Unterdrück für zumindest einen kurzen Zeitraum aufgehoben. Hierfür sind die Förderbänder 13 über die Steuerungs- und Regeleinheit 48 - vergleiche Figur 2 - zum Stillstand gebracht worden, so dass das Dünnschichtelement 2i aus einer Ruheposition abgestoßen wird. Zeitgleich erfolgt eine Übernahme eines weiteren Dünnschichtelements 22 im Anfangsbereich durch die zweite Transportstrecke 122, wobei auch die Förderbänder 14 der zweiten Transportstrecke 122 über die Exzenterantriebseinheit 20 ihre anfangsseitige und endseitige vertikale Position geändert haben. Anhand der Figur 5b) ist somit ersichtlich, dass sich für einen kurzen Zeitraum auf jeder der beiden Transportstrecken 12i und 122 jeweils ein Dünnschichtelement 2 befinden. Zur übrigen Zeit eines Förderbandumlaufs befindet sich lediglich ein Dünnschichtelement 2 auf den beiden Transportstrecken 12i und 122.
Zudem ist aus den Figuren 5a) und 5b) ersichtlich, dass die Exzenterantriebseinheit 20 und die durch sie erzeugte und sich wiederholende Vertikalbewegung der Transportstrecken 12 erforderlich ist, damit diejenige Transportstrecke 12, in deren Endbereich sich beispielsweise das Dünnschichtelement 2 befindet, für das Abstoßen angehalten werden kann, während gleichzeitig von der sich weiterhin bewegenden anderen Transportvorrichtung 12 ein weiteres Dünnschichtelements von dem Transportband 4 übernommen werden kann. Würde man nämlich auf eine exzentergesteuerte Vertikalbewegung der Transportstrecken 12 verzichten, dann würde beispielsweise im Anfangsbereich während der Übernahme eines weiteren Dünnschichtelements 2 eine stehende Transportstrecke 12 und eine sich bewegende Transportstrecke 12 sich in der Transportebene 18 befinden und eine Übernahme und Weitertransport des Dünnschichtelements 2 wäre behindert bzw. letztlich sogar unmöglich.
Die Figur 6 zeigt als Einzelheit den Ausrichttrichter 12, durch den die Dünnschichtelemente 2 eine weitere maßgenaue Positionierung erhalten, nachdem sie die endseitige Position der Transportvorrichtung 10 nach vertikal unten verlassen haben. Der Ausrichttrichter 12 ist als Doppeltrichter ausgeführt, in den ein zweifache Ausrichtfunktion integriert ist. Der Ausrichttrichter 40 umfasst einen Rahmen 42, an dessen Innenumfang 44 eine Mehrzahl Zentrierungsnasen 46 angeordnet sind. Über die Zentrierungsnasen 46 und 47 am Innenumfang 44 wird dem Ausrichttrichter 40 eine Ausrichtkontur für die Dünnschichtelement 2 aufgeprägt. Es können, wie vorliegend vorgesehen, zwei unterschiedlich Ausführungen von Zentrierungsnasen 46 und 47 zur Anwendung kommen. Hierbei wird durch die breiteren Zentrierungsnasen 46 jedes Dünnschichtelement 2 vorzentriert, so dass die Ausrichtung des jeweiligen Dünnschichtelements 2 ausreicht, um eine zweite finale Ausrichtung in der weiter untenliegenden spitzer zulaufenden Zentrierungsnasen 47 während der Abwärtsbewegung des Dünnschichtelements erfolgen kann.
Die Figur 7 zeigt eine weitere Detaillierung der Transportvorrichtung 10. Gezeigt ist ein kurbelgetriebener Verzögerungsanschlag 52, der ein Anschlagelement umfasst, das über eine Kurbel in eine Position in den Endbereichen der Transportstrecken 121, 122 gebracht werden kann.
In dieser Position ist das Anschlagelement in der Lage einen weiteren Transport des jeweiligen Dünnschichtelements 2 zu unterbinden, so dass das Dünnschichtelement 2 exakt oberhalb des Ausrichttrichters 40 angehalten wird und aus der Transportvorrichtung 10 ausgeschleust werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Gesamtanlage
2 Dünnschichtelement
4 Transportband
6 Ausrichteinheit
8 Stapelwerkstückträger
10 Transportvorrichtung
12 Transportstrecke
13 Förderband
14 Förderband
15 Umlenkrolle
16 Antriebseinheit
18 Transportebene
20 Exzenterantriebseinheit
22 Exzenterelement
24 Exzenterwelle
26 Antriebswelle
28 Spannvorrichtung
30 Anblasvorrichtung
32 Lagerbock
34 Übertragungsstößel Ansaugvorrichtung Ausrichttrichter Rahmen Innenumfang Zentrierungsnasen Zentrierungsnasen Steuerungs- und Regeleinheit Abstoßvorrichtung Verzögerungsanschlag

Claims

Patentansprüche
1. Transportvorrichtung (10) zum Transport und zur Ablage von Dünnschichtelementen (2), insbesondere von Brennstoffzellenstapelelementen, umfassend eine Mehrzahl an förderbandbasierten und parallel zu einander angeordneten und sich in einer Transportrichtung RT erstreckenden Transportstrecken (12i, 122), eine Exzenterantriebseinheit (20) mit Exzenterelementen (22), wobei Exzenterelemente (22) jeweils in einem Anfangsbereich und einem Endbereich jeder Transportstrecke (12i, 122) mit dieser in einer Antriebsverbindung stehen, um über die Exzenterantriebseinheit (20) bezogen auf die Transportrichtung RT Vertikalbewegungen des jeweiligen Anfangsbereichs und Endbereichs der Transportstrecken (12i, 122) zu bewirken, wobei benachbarte Transportstrecken (12i, 122) zeitlich versetzte Vertikalbewegungen ausführen.
2. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterelemente (22) auf zwei synchron angetriebenen Exzenterwellen (24i, 242) angeordnet sind.
3. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterelemente (22) die Vertikalbewegungen auf eine jeweilige anfangsseitige und endseitige Umlenkrollen (15) der förderbandbasierten Transportstrecken (12i, 122) übertragen.
4. Transportvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dass jede der Transportstrecken ((12i, 122)) mehrere parallel zu einander angeordneten und synchron angetriebene Förderbänder (13, 14) aufweist.
5. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderbänder (13, 14) unterschiedlicher Transportstrecken (12i, 122) abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.
6. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an ein inneres Volumen der Förderbänder (13, 14) eine Ansaugvorrichtung (36) angeschlossen ist, um an einer Außenseite der Förderbänder (13, 14) eine Ansaugung der Dünnschichtelemente (2) zu bewirken. Transportvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der Transportstrecken (12i, 122) eine weitere Antriebseinheit (16) zum Antrieb eines Förderbandes (13, 14) der Transportstrecke (12i, 122) vorgesehen ist. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transportgeschwindigkeit jeder der Transportstrecken (12i, 122) über die zugeordnete Antriebseinheit (16) autark und stufenlos regelbar ist. Transportvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Transportstrecken (12i, 122) auf ihrer Unterseite eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Transportebene (18) bildet. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass gegen die Unterseite der Transportstrecken (12i, 122) zumindest bereichsweise eine ebene und zu der Transportebene (18) parallele Anblasvorrichtung (30) gerichtet ist. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Unterseite der Transportstrecken (12i, 122) zumindest bereichsweise ein zu der Transportebene (18) paralleler Ausrichttrichter (40) angeordnet ist. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichttrichter (40) einen Rahmen (42) umfasst, an dessen Innenumfang (44) eine Mehrzahl Zentrierungsnasen (46) angeordnet sind. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Ausrichttrichter (40) entgegengesetzten Oberseite der Transportstrecken (12) eine Abstoßvorrichtung (50) angeordnet ist. Verfahren zum Transportieren und zum Ablegen von Dünnschichtelementen (2), insbesondere von Brennstoffzellenstapelelementen, bei dem eine Transportvorrichtung (10) mit einer Mehrzahl an förderbandbasierten und parallel zu einander angeordnete und sich in einer Transportrichtung T erstreckende Transportstrecken (12) bereitgestellt wird, ein wechselseitiges Aufnehmen eines ersten Dünnschichtelements (2i) von einer ersten Transportstrecke (12i) und eines zweiten Dünnschichtelements (22) von einer zweiten Transportstrecke (122) erfolgt und die Dünnschichtelemente (2) mit einer Transportgeschwindigkeit von der jeweiligen Transportstrecke (12i, 122) aufgenommen und entlang der Transportstrecke (12i, 122) unter Reduzierung der Transportgeschwindigkeit transportiert werden und nach jeweiligem Durchlaufen der Transportstrecke (12i, 122) ausgeschleust werden, 16 wobei das Ausschleusen eines der Dünnschichtelemente (2i, 22) unter gleichzeitiger Aufnahme eines weiteren Dünnschichtelements (2) erfolgt und ein Anfangsbereich und ein Endbereich jeder Transportstrecke (12i, 122) während des Transports eines Dünnschichtelements (2) jeweils Vertikalbewegungen in einer senkrecht zu der Transportrichtung RT ausgerichteten Vertikalrichtung Rv ausführen, wobei die Vertikalbewegungen der Anfangsbereiche und Endbereiche der Transportstrecken (12i, 122) entsprechend dem wechselseitigen Aufnehmen und Ausschleusen des ersten und zweiten Dünnschichtelements (2i, 22) bezüglich der Vertikalrichtung Rv zeitlich versetzt erfolgen. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass über die Vertikalbewegungen sowohl der Anfangsbereich der Transportstrecken (12i, 122) zum Aufnehmen eines Dünnschichtelements als auch der Endbereich der Transportstrecken (12i, 122) zum Ausschleusen eines Dünnschichtelements (2) gegenüber einer durch eine Unterseite der Transportstrecken (12i, 122) gebildete im Wesentlichen horizontalen Transportebene (18) abgesenkt wird. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Transportgeschwindigkeit zum Ausschleusen eines Dünnschichtelements (2) bis zum Stillstand reduziert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch Erzeugen der Vertikalbewegungen durch ein gegenläufiges vertikales Auf- und Abbewegen des jeweiligen Anfangsbereichs und Endbereichs der Transportstrecken (12i, 122).
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