EP4609451A1 - Plattenförmige komponente für einen brennstoffzellenstapel, verfahren zum positionieren derselben und brennstoffzellenstapel - Google Patents

Plattenförmige komponente für einen brennstoffzellenstapel, verfahren zum positionieren derselben und brennstoffzellenstapel

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EP4609451A1
EP4609451A1 EP23797718.6A EP23797718A EP4609451A1 EP 4609451 A1 EP4609451 A1 EP 4609451A1 EP 23797718 A EP23797718 A EP 23797718A EP 4609451 A1 EP4609451 A1 EP 4609451A1
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EP
European Patent Office
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plate
shaped component
shaped
fuel cell
cell stack
Prior art date
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Pending
Application number
EP23797718.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wayne Dang
Philipp Hausmann
Tobias Sänger
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Cellcentric GmbH and Co KG
Original Assignee
Cellcentric GmbH and Co KG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a plate-shaped component for a fuel cell stack, which has at least one position marking for aligning the plate-shaped components when stacking the fuel cell stack.
  • the invention also relates to a method for positioning and/or determining a position and/or orientation of at least one plate-shaped component, in particular for stacking several plate-shaped components to form a fuel cell stack according to the invention, and to a fuel cell stack with several plate-shaped components according to the invention.
  • plate-shaped components are typically stacked. These plate-shaped components comprise at least two end plates, in particular cathode and anode end plates, which form the two ends of the stack, and separator plates and membrane electrode assemblies arranged between them.
  • the membrane electrode assemblies are often already glued to the separator plates, for example to a frame surrounding the membrane electrode assemblies. Stacking the plate-shaped components is therefore primarily about stacking these separator plates.
  • a first aspect of the present invention relates to a plate-shaped component, in some embodiments a separator plate or a cathode end plate or an anode end plate or an intermediate plate or a half-shell of a separator, cathode end or anode end plate, or a frame for holding a membrane electrode assembly, for a fuel cell stack according to an embodiment, wherein a surface of the plate-shaped component has at least three adjacent regions which form at least parts of a position marking, and respective adjacent ones of the at least three adjacent regions are designed such that when the surface is viewed along a predetermined direction, the respective adjacent regions have different average reflectivities at least in the visible range, in one embodiment at least in the visible wavelength range, in one embodiment at a wavelength of 500 nm.
  • the position marking or an image thereof can be detected by means of an optical sensor such as a camera, and based on the detected position marking or the image thereof, a position and/or orientation of the plate-shaped component in space can be determined, which can be used to align the plate-shaped components when stacking the plate-shaped components to form the fuel cell stack.
  • an optical sensor such as a camera
  • a position and/or orientation of the plate-shaped component in space can be determined, which can be used to align the plate-shaped components when stacking the plate-shaped components to form the fuel cell stack.
  • the respective adjacent areas of the at least three adjacent areas are designed in such a way that when the surface is viewed along a predetermined direction, the respective adjacent Areas have different average reflectivities at least in the visible range, an image of the position marking captured by means of the optical sensor has a high contrast, whereby the accuracy in determining the (spatial) position and orientation of the plate-shaped component can be improved.
  • the section of the plate-shaped component in which the position marking is formed can be irradiated with a light of a predetermined light wavelength or with light within a predetermined light wavelength range, whereby the accuracy in determining the (spatial) position and orientation of the plate-shaped component can be improved.
  • At least two of the position markings can be integrated into the surface of the plate-shaped component in such a way that they are spaced apart from one another.
  • either relatively large position markings are necessary. It works much better with two position markings that are arranged at a distance from one another.
  • small position markings can be used, which are arranged on two opposite sides of the plate-shaped component, in particular in the area of the two sides that are further apart from one another, between the side edges of the corresponding plate-shaped component and a functional surface such as an opening, a flow field or the like. Due to the relatively large distance, a simple and precise alignment of the plate-shaped component is easily possible, for example via a camera that records the position marking(s) and controls an automated depositing device.
  • the preferred arrangement of the position marking outside the functional surface ensures that this can be implemented independently of the function of the separator plate or the other plate-shaped components. For example, it can be arranged between the outer edge and corresponding openings or ports for the supply and removal of reactants, products and cooling medium.
  • the surfaces of the respective adjacent ones of the at least three adjacent regions have different average roughnesses.
  • average roughness is understood to mean macroscopic average roughness.
  • the average roughness depth Rz of one of the two areas that reflects incident light less strongly can be 6.3 pm, while the average roughness depth Rz of the other of the two areas can be 2.5 pm.
  • the surfaces can be substantially planar surfaces, and in one embodiment, coplanar surfaces. In one embodiment, the coplanar surfaces can be parallel to the main surfaces of the plate-shaped component.
  • respective tangents to respective sections of the surfaces of the respective adjacent ones of the at least three adjoining regions have respective different inclinations relative to a normal to a central plate plane, which corresponds to an average height profile of the plate-shaped component.
  • the sections of the surfaces of the respective adjacent regions have in particular different inclinations to the main surface of the plate-shaped component. This allows, in some embodiments, the individual areas of the position marking to be better distinguished from one another based on the image captured by the optical sensor, which can improve the determination of the position of the plate-shaped component.
  • At least one of the at least three adjoining regions can be formed by a recess or at least as part of a recess in the plate-shaped component, in one embodiment in the main surface thereof.
  • the depth of the recess can be in the range of 0.15 mm to 0.25 mm, in one embodiment 0.22 mm.
  • a transition from this region to an adjacent region of the at least three adjoining regions is preferably designed such that a radius of the transition region (seen in the cross section of the plate-shaped component, in particular in the cross section of the plate-shaped component perpendicular to the main surface) is in the range of 0.1 mm to 0.2 mm, in one embodiment is 0.15 mm.
  • the recess made in the main surface is formed in one embodiment such that its depth, which can be in the range of 0.2 mm to 0.25 mm, in one embodiment 0.22 mm, is smaller than the thickness of the plate-shaped component.
  • the recess therefore does not form a breakthrough through the plate-shaped component, which could also impair the tightness of the structure.
  • the corresponding section of the position marking is only made in the material of the plate-shaped component and can in particular be part of a mold or die in which the corresponding plate-shaped component is manufactured.
  • the position marking can preferably be formed in an untreated, untreated state, but care must be taken to ensure that the edges of the recess are free of burrs and that any burrs that may occur are removed.
  • the region of the position marking formed at least as part of a recess can also be formed in another way, for example as a laser engraving, as an embossing, as a structural element or the like.
  • the plate-shaped components can be separator plates or parts of separator plates, preferably separator plates already connected to an MEA (membrane electrode assembly) or parts, in particular half-shells, of separator plates.
  • the plate-shaped components also include the corresponding end plates of the fuel cell stack.
  • Other intermediate plates for sealing individual areas and/or for diverting or distributing media are of course also conceivable.
  • These plate-shaped components are then stacked on top of one another and aligned accordingly using the position marking(s) in order to achieve reliable stacking that is simple, efficient and well suited for large-scale use. This is independent of the geometric design of the outer edges, in particular their tolerances and any burrs that may arise during production.
  • the separator plates or parts of separator plates can consist of a carbon-containing material and a matrix material, for example a resin mixed with carbon or the like.
  • This material can be formed and/or hardened in a mold or die.
  • the form includes the entire geometry for the separator plates, such as the functional surfaces on the one hand and the position marking(s) on the other hand, which is represented by an inverse image in the form and can therefore be placed extremely precisely in relation to the other functional parts of the plate-shaped components. This creates a high level of precision, which, when the position marking is used to align the individual plate-shaped components when stacking, leads to high-quality fuel cell stacks easily and efficiently.
  • respective tangents to respective portions of the surfaces of two of the at least three adjacent regions separated by another region of the at least three adjacent regions may have respective different inclinations relative to the normal to the mean plate plane.
  • this allows the determination of the position of the plate-shaped component to be further improved.
  • two of the at least three adjacent regions separated by at least one other of the at least three adjacent regions have coplanar surfaces.
  • At least one region of the three adjacent regions is an annular region.
  • annular region designed in this way can enable precise detection and relatively precise alignment of the structure, since a control for arranging position markings in alignment one above the other with at least one annular region can be realized relatively easily, efficiently and with high accuracy.
  • at least one of the three adjacent regions in one embodiment, as seen in a cross section of the plate-shaped component, in particular in the cross section of the plate-shaped component perpendicular to the main surface, has a convex portion or a concave portion.
  • this allows a ring of light to be formed at the focal point of the convex or concave portion, whereby the contrast of the image of the position marking captured by the optical sensor can be further improved.
  • At least three adjacent regions are concentric regions.
  • this can further improve the determination of the position of the plate-shaped component, since the center of the position marking can be determined more easily using the concentric areas.
  • a diameter of an innermost (circular) of the five regions may be in the range of 2 mm to 2.5 mm, in one embodiment 2.25 mm, while a diameter of a fourth of the five regions, viewed radially outward from a center of the position marking, may be in the range of 4.5 mm to 5.5 mm, in one embodiment 5 mm.
  • a respective angle of inclination of the respective tangent to a respective section of the innermost region, the third region and the fifth region can be in the range of 0° to 5°, in one embodiment 0°, the angle of inclination of the tangent to the section of the second region can be in the range of 10° to 60°, in one embodiment 20°, and the angle of inclination of the tangent to the section of the fourth region can be in the range of 70° to 85°.
  • a width or a length of the third region of the at least three adjacent regions can be in the range of 0.4 mm to 0.45 mm, in one embodiment 0.429 mm.
  • a second aspect of the present invention relates to a method for positioning and/or determining a position and/or orientation of at least one plate-shaped component described above, in particular for stacking a plurality of plate-shaped components to form a fuel cell stack, wherein the position marking on the plate-shaped component is detected by means of an optical sensor and the position and/or orientation of the plate-shaped component is determined based on the detected position marking.
  • the plate-shaped component can be positioned based on the determined position and/or orientation of the plate-shaped component.
  • the plate-shaped components can be stacked to form a fuel cell stack, wherein the alignment of the plate-shaped components can be carried out by means of an automated storage device based on the determined positions and/or orientations of the plate-shaped components.
  • the position marking is the same marking in the same position on all plate-shaped components, so that it can be easily used as a basis for aligning the plate-shaped components to each other.
  • a third aspect of the present invention relates to a fuel cell stack which comprises a plurality of plate-shaped components as described above stacked one above the other.
  • a fourth aspect of the present invention relates to a computer-implemented method for aligning at least two plate-shaped components described above with each other, which comprises the following steps:
  • Receiving data comprising image data captured by an optical sensor of at least one position marking of a first of the at least two plate-shaped components
  • Receiving data comprising image data captured by the optical sensor of at least one position marking of a second of the at least two plate-shaped components
  • Fig. 1 a schematic view of a system for carrying out the method for stacking plate-shaped components to form a fuel cell stack
  • Fig. 2 is a plan view of a plate-shaped component for a fuel cell stack according to an embodiment
  • Fig. 3 is a cross-sectional view through a plate-shaped component illustrated in Fig. 2 according to an embodiment along a section line A-A shown in Fig. 2,
  • Fig. 4 is a cross-sectional view through a plate-shaped component illustrated in Fig. 2 according to another embodiment along the section line A-A shown in Fig. 2, and
  • Fig. 5 is a schematic view of an image captured by an optical sensor of the position marker illustrated in Fig. 4.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a system for carrying out a method for stacking plate-shaped components to form a fuel cell stack according to an embodiment.
  • the fuel cell stack 100 has an end plate 20 at its lower end, in particular a cathode end plate or anode end plate, onto which separator plates 10 are stacked, in a design with an inserted membrane electrode arrangement, if necessary after the arrangement of an intermediate plate (not shown here).
  • the membrane electrode arrangement can also be stacked on an already positioned separator plate 10 is applied, and then the next separator plate 10 is arranged or stacked on top of it.
  • the system for automatically carrying out the method is designed as an automated depositing device 30, for example in the form of a robot, which has a gripper arm 31 and is connected to an optical sensor 40, which can have a camera, for example, via a communication connection.
  • the gripper arm 31 has already picked up a separator plate 10' from a storage device (not shown) for plate-shaped components 10, 20, wherein the separator plate 10' is to be stacked on the already stacked part of the fuel cell stack 100 in such a way that the plate-shaped components 10, 20 are aligned with or on one another.
  • the plate-shaped components 10, 20 For precise positioning of the plate-shaped components 10, 20, they have one or more, in one embodiment two, position markings 11 shown in Fig. 2.
  • the system is designed to capture an image of this position marking(s) 11 by means of the optical sensor 40, to determine the (spatial) position and orientation of the plate-shaped components 10, 20 in space based on the captured image, and to control a movement of the gripping arm 31 such that the plate-shaped component 10, 20 is positioned precisely on the already stacked part of the fuel cell stack 100.
  • the plate-shaped component is designed as a separating plate 10.
  • the plate-shaped component can also be designed as a cathode end plate 20, anode end plate 20, intermediate plate, half-shell of a separator, cathode end plate or anode end plate, or frame for holding a membrane electrode arrangement.
  • the position markings 11 are arranged within an outer edge 13 of the plate-shaped component 10, 20 such that their position relative to the functional elements of the plate-shaped component 10, 20, which for example have openings 12 for the supply and removal of reactants, products and cooling medium as well as have a flow field 14 located in the middle, independent of possible tolerances and/or mechanical impairments of these edges 13.
  • Fig. 3 shows a cross-sectional view through the plate-shaped component illustrated in Fig. 2 according to an embodiment along a section line A-A shown in Fig. 2, in particular along a position marking formed on the plate-shaped component.
  • the position marking 11 or a part thereof has a recess which is introduced into a main surface 15 of the plate-shaped component 10, 20.
  • the surface of the plate-shaped component 10, 20 has three adjacent circular or ring-shaped concentric regions b1, ..., b3 which are or form parts of the position marking 11.
  • respective adjacent ones of the three adjacent regions b1, ..., b3 are designed such that when the surface is viewed along a predetermined direction, in particular relative to the main surface 15, the respective adjacent regions b1, ..., b3 have different average reflectivities at least in the visible range.
  • the regions b1 and b3, which are separated by the region b2 have coplanar surfaces, wherein an inclination angle of the tangents t1 and t3 is 0° relative to the normal to the middle plate plane, and the inclination angle of the tangent t2 relative to the normal to the middle plate plane is approximately 45°.
  • the region b2 has a convex region seen in the cross-sectional direction.
  • Fig. 4 shows a cross-sectional view through the plate-shaped component illustrated in Fig. 2 according to another embodiment along the section line AA shown in Fig. 2, in particular along the position marking formed on the plate-shaped component.
  • the position marking 11 or a part thereof has a plurality of recesses which are introduced into the main surface 15 of the plate-shaped component 10, 20 and have a smaller depth d, which can be in the range of 0.2 mm to 0.25 mm, in one embodiment is 0.22 mm, than a thickness D of the plate-shaped component 10, 20.
  • the surface of the plate-shaped component 10, 20 has five adjacent circular or ring-shaped concentric regions b11, ..., b15, which are or form parts of the position marking 11.
  • a diameter d1 of the circular innermost region b11 can be in the range from 2 mm to 2.5 mm, in one embodiment 2.25 mm
  • an outer diameter d2 of the ring-shaped region b14 can be in the range from 4.5 mm to 5.5 mm, in one embodiment 5 mm
  • a width of the third ring-shaped region b13, viewed radially outward from the center of the position marking 11, can be in the range from 0.4 mm to 0.45 mm, in one embodiment 0.429 mm.
  • transitions between adjacent regions b11, ..., b15 are designed such that a respective transition region (seen in the cross section of the plate-shaped component 10, 20, in particular in the cross section of the plate-shaped component 10, 20 perpendicular to the main surface 15) has a radius in the range of 0.1 mm to 0.2 mm, in one embodiment is 0.15 mm.
  • Respective adjacent regions b11, ..., b15 of the five adjacent regions b11, ..., b15 are designed such that when the surface is viewed along a predetermined direction, the respective adjacent regions b11, ..., b15 have different average reflectivities at least in the visible range. This is achieved in the embodiment illustrated in Fig. 4 in particular in that respective tangents t11, t15 to respective sections of the surfaces of respective adjacent regions b11, b15 have respective different inclinations relative to a normal to a middle plate plane which corresponds to an averaged height profile of the plate-shaped component 10, 20 and runs parallel to the main surface 15.
  • the regions b11, b13 and b15 which are separated by the regions b12 and b14, respectively, have coplanar surfaces, wherein an inclination angle of the tangents t11, t13 and t15 is 0°, the inclination angle of the tangent t12 is in the range of 10° to 60°, in a preferred embodiment is 20°, and the inclination angle of the tangent t14 is in the range of 70° to 85°.
  • the regions b12 and b14 have a convex region seen in the cross-sectional direction, and the regions b13 have a concave region seen in the cross-sectional direction.
  • Fig. 5 shows a schematic view of an image captured by an optical sensor of the position marker illustrated in Fig. 4.
  • the image 60 of the position marking 11, which was captured by means of an optical sensor 40 aligned along the predetermined direction, in particular perpendicular to the main surface 15, has regions 61, ..., 65 formed corresponding to the regions b11, ..., b15 of the surface of the plate-shaped component 10, 20, wherein respective adjacent regions 61, ..., 65 have different brightnesses, so that the different regions b11, ..., b15 of the surface of the plate-shaped component 10, 20 can be clearly distinguished.
  • the position marking 11 of the plate-shaped component 10, 20 is detected by means of the optical sensor 40 and the Position and/or orientation of the plate-shaped component 10, 20 is determined based on the detected position marking 11.
  • the plate-shaped component 10, 20 can be positioned based on the determined position and/or orientation of the plate-shaped component 10, 20.
  • plate-shaped components 10, 20 can be stacked to form a fuel cell stack 100, wherein the alignment of the plate-shaped components 10, 20 can be carried out by means of the automated storage device 30 based on the determined positions and/or orientations of the plate-shaped components 10, 20.
  • Receive data that includes image data of at least one position marking 11 of a first of the at least two plate-shaped components 10, 20 captured by means of the optical sensor 40, evaluate the captured image data of the at least one position marking 11 of the first plate-shaped component 10, 20 in order to determine a position and/or orientation of the first plate-shaped component 10, 20,

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine plattenförmige Komponente, insbesondere Separatorplatte, Kathodenendplatte, Anodenendplatte, Halbschale einer Separator-, Kathodenend-, oder Anodenendplatte oder Rahmen zum Halten einer Membranelektrodenanordnung, für einen Brennstoffzellenstapel, wobei eine Oberfläche der plattenförmigen Komponente zumindest drei aneinandergrenzende Bereiche aufweist, welche zumindest Teile einer Positionsmarkierung bilden, und jeweilige benachbarte der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche derart ausgebildet sind, dass bei einer Betrachtung der Oberfläche entlang einer vorgegebenen Richtung die jeweiligen benachbarten Bereiche unterschiedliche mittlere Reflektivitäten zumindest im sichtbaren Bereich aufweisen.

Description

PLATTENFÖRMIGE KOMPONENTE FÜR EINEN BRENNSTOFFZELLENSTAPEL, VERFAHREN ZUM POSITIONIEREN DERSELBEN UND BRENNSTOFFZELLENSTAPEL
Die vorliegende Erfindung betrifft eine plattenförmige Komponente für einen Brennstoffzellenstapel, welche zumindest eine Positionsmarkierung zur Ausrichtung der plattenförmigen Komponenten beim Aufstapeln des Brennstoffzellenstapels aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Positionieren und/oder Ermitteln einer Position und/oder Orientierung von zumindest einer plattenförmigen Komponente, insbesondere zum Aufstapeln mehrerer plattenförmiger Komponenten zu einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel, sowie einen Brennstoffzellenstapel mit mehreren erfindungsgemäßen plattenförmigen Komponenten.
Bei der Herstellung von Brennstoffzellenstapeln werden typischerweise plattenförmige Komponenten aufgestapelt. Diese plattenförmigen Komponenten umfassen zumindest zwei Endplatten, insbesondere Kathoden- und Anodenendplatten, durch welche die beiden Enden des Stapels gebildet sind, und dazwischen angeordnete Separatorplatten und Membranelektrodenanordnungen. Häufig sind die Membranelektrodenanordnungen bereits mit den Separatorplatten verklebt, beispielsweise mit einem die Membranelektrodenanordnungen umgebenden Rahmen. Primär geht es beim Aufstapeln der plattenförmigen Komponenten also um das Stapeln eben dieser Separatorplatten. Diese müssen exakt zueinander positioniert werden, um so sicherzustellen, dass Durchbrüche in den Separatorplatten, welche später in Stapelrichtung verlaufende Kanäle für Edukte, Produkte und Kühlmedium ausbilden, sauber zueinander positioniert sind, dass die Strömungsfelder zuverlässig ausgerichtet sind, und dass Dichtungen im Bereich der dafür vorgesehenen Flächen für eine zuverlässige Abdichtung der plattenförmigen Komponenten untereinander in dem Brennstoffzellenstapel sorgen. In der Praxis werden die plattenförmigen Komponenten dabei häufig gegen entsprechende Anschläge aufgestapelt. Dies ist bei metallischen Separatorplatten relativ einfach möglich. Bei Separatorplatten, welche aus einer mit Graphit gefüllten Kunststoffmatrix ausgebildet sind, ist dies schwieriger. Derartige Separatorplatten werden typischerweise in Formen bzw. Gesenken geformt und in diesen ganz oder zumindest teilweise ausgehärtet. Um die hergestellten Elemente verlässlich entformen zu können, ist es dabei notwendig, dass diese an ihren Stirnseiten sogenannte Entformungsschrägen aufweisen. Dies führt dazu, dass im Falle eines Stapelns gegen einen Anschlag lediglich eine der flächigen Seiten im Bereich ihrer Stirnseite an dem Anschlag anliegt. Dort ist das Material dann entsprechend dünn und gegebenenfalls aufgrund der geringen Materialstärke brüchig oder es haben sich in diesem Bereich, in welchem typischerweise die Trennfuge der Form bzw. des Gesenks liegt, minimale Grate ausgebildet. Dies führt beim Stapeln zu einer Beschädigung der Kanten, welche zwar für die Funktion der Separatorplatte an sich unkritisch ist, welche allerdings die Ausrichtung der einzelnen Separatorplatten zueinander über solche seitlichen Anschläge massiv erschwert. Außerdem können abgebrochene Materialpartikel zwischen die Platten gelangen. Damit ist ein dichtes Stapeln der plattenförmigen Komponenten dann kaum noch möglich.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine plattenförmige Komponente für einen Brennstoffzellenstapel, mit welcher das Aufstapeln der plattenförmigen Komponenten verbessert werden kann, ein verbessertes Verfahren zum Positionieren und/oder Ermitteln einer Position und/oder Orientierung zumindest einer plattenförmigen Komponente sowie einen verbesserten Brennstoffzellenstapel bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen. Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine plattenförmige Komponente, bei einigen Ausführungen eine Separatorplatte oder eine Kathodenendplatte oder eine Anodenendplatte oder eine Zwischenplatte oder eine Halbschale einer Separator-, Kathodenend-, oder Anodenendplatte, oder ein Rahmen zum Halten einer Membranelektrodenanordnung, für einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer Ausführung, wobei eine Oberfläche der plattenförmigen Komponente zumindest drei aneinandergrenzende Bereiche aufweist, welche zumindest Teile einer Positionsmarkierung bilden, und jeweilige benachbarte der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche derart ausgebildet sind, dass bei einer Betrachtung der Oberfläche entlang einer vorgegebenen Richtung die jeweiligen benachbarten Bereiche unterschiedliche mittlere Reflektivitäten zumindest im sichtbaren Bereich, in einer Ausführung zumindest im sichtbaren Wellenlängenbereich, in einer Ausführung bei einer Wellenlänge von 500 nm, aufweisen.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Positionsmarkierung bzw. ein Bild davon mittels eines optischen Sensors wie etwa einer Kamera erfasst werden, und anhand der erfassten Positionsmarkierung bzw. des Bildes davon eine Position und/oder Orientierung der plattenförmigen Komponente im Raum bestimmt werden, welche zur Ausrichtung der plattenförmigen Komponenten beim Aufstapeln der plattenförmigen Komponenten zu dem Brennstoffzellenstapel genutzt werden kann. Auf diese Weise kann eine anschlagfreie Ausrichtung beim Aufstapeln erfolgen, wodurch das Aufstapeln der plattenförmigen Komponenten erleichtert, die Beschädigung der Kanten der plattenförmigen Komponenten weitestgehend verhindert und die Gefahr, dass abgebrochene Materialpartikel zwischen die plattenförmigen Komponenten gelangen, verringert werden kann.
Weiterhin kann dadurch, dass jeweilige benachbarte der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche derart ausgebildet sind, dass bei einer Betrachtung der Oberfläche entlang einer vorgegebenen Richtung die jeweiligen benachbarten Bereiche unterschiedliche mittlere Reflektivitäten zumindest im sichtbaren Bereich aufweisen, ein mittels des optischen Sensors erfasstes Bild der Positionsmarkierung einen hohen Kontrast aufweisen, wodurch die Genauigkeit bei der Bestimmung der (räumlichen) Position und Orientierung der plattenförmigen Komponente verbessert werden kann.
Hierbei kann bei einigen Ausführungen bei der Erfassung des Bildes der Positionsmarkierung mittels des optischen Sensors insbesondere der Abschnitt der plattenförmigen Komponente, in dem die Positionsmarkierung gebildet ist, mit einem Licht einer vorgegebenen Lichtwellenlänge oder mit Licht innerhalb eines vorgegebenen Lichtwelllenlängenbereichs bestrahlt werden, wodurch die Genauigkeit bei der Bestimmung der (räumlichen) Position und Orientierung der plattenförmigen Komponente verbessert werden kann.
Hierbei können wenigstens zwei der Positionsmarkierungen in die Oberfläche der plattenförmigen Komponente derart integriert sein, dass diese voneinander beabstandet sind. Insbesondere reicht es aus, auf einer der beiden Hauptflächen der plattenförmigen Komponente die Positionsmarkierung(en) vorzusehen, um so über den optischen Sensor die Positionierung der einzelnen plattenförmigen Komponente beim Aufstapeln steuern zu können. Um eine exakte Positionierung der plattenförmigen Komponente zu erzielen, sind entweder relativ große Positionsmarkierungen notwendig. Viel besser geht es mit zwei Positionsmarkierungen, welche beabstandet voneinander angeordnet sind. Für diesen Aufbau können beispielsweise kleine Positionsmarkierungen verwendet werden, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten der plattenförmigen Komponente, insbesondere im Bereich der beiden weiter voneinander beabstandeten Seiten, zwischen den Seitenkanten der entsprechenden plattenförmigen Komponente und einer Funktionsfläche wie beispielsweise einem Durchbruch, einem Flowfield oder dergleichen, angeordnet sind. Durch den relativ großen Abstand ist so eine einfache und exakte Ausrichtung der plattenförmigen Komponente beispielsweise über eine Kamera, welche die Positionsmarkierung(en) erfasst und eine automatisierte Ablegeeinrichtung steuert, einfach möglich. Die bevorzugte Anordnung der Positionsmarkierung außerhalb der Funktionsfläche stellt sicher, dass diese unabhängig von der Funktion der Separatorplatte oder der anderen plattenförmigen Komponenten realisiert werden kann. Sie kann beispielsweise zwischen der äußeren Kante und entsprechenden Durchbrüchen bzw. Ports für die Zufuhr und Abfuhr von Edukten, Produkten und Kühlmedium angeordnet sein.
Bei einigen Ausführungen weisen die Oberflächen der jeweiligen benachbarten der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche unterschiedliche mittlere Rauigkeiten auf.
Hierbei ist unter „mittlere Rauigkeit“ eine makroskopische mittlere Rauigkeit zu verstehen. Dabei kann eine mittlere Rautiefe Rz eines der beiden Bereiche, welcher einfallendes Licht weniger stark reflektiert, 6,3 pm betragen, während die mittlere Rautiefe Rz des anderen der beiden Bereiche 2,5 pm betragen kann.
Hierdurch kann auf einfache Weise, beispielsweise indem einzelne Oberflächen der jeweiligen benachbarten der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche derart behandelt/nicht behandelt werden, dass sie unterschiedliche mittlere Rauigkeiten bzw. Rautiefen aufweisen, erreicht werden, dass mittels des optischen Sensors ein kontrastreiches Bild der Positionsmarkierung erfasst werden kann.
Hierbei können die Oberflächen in einer Ausführung im Wesentlichen ebene, in einer Ausführung koplanare, Oberflächen sein. Die koplanaren Oberflächen können in einer Ausführung parallel zu den Hauptflächen der plattenförmigen Komponente sein.
Bei einigen Ausführungen weisen jeweilige Tangenten auf jeweilige Abschnitte der Oberflächen der jeweiligen benachbarten der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche jeweilige unterschiedliche Neigungen relativ zu einer Normalen auf eine mittlere Plattenebene, die einem gemittelten Höhenprofil der plattenförmigen Komponente entspricht, auf. Die Abschnitte der Oberflächen der jeweiligen benachbarten Bereiche weisen dabei insbesondere unterschiedliche Neigungen zu der Hauptfläche der plattenförmigen Komponente auf. Hierdurch können bei einigen Ausführungen die einzelnen Bereiche der Positionsmarkierung anhand des mittels des optischen Sensors erfassten Bildes besser voneinander unterschieden werden, wodurch die Bestimmung der Position der plattenförmigen Komponente verbessert werden kann.
Hierbei kann zumindest einer der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche durch eine Vertiefung oder zumindest als ein Teil einer Vertiefung in der plattenförmigen Komponente, in einer Ausführung in der Hauptfläche davon, ausgebildet sein. Hierbei kann die Tiefe der Vertiefung im Bereich von 0,15 mm bis 0,25 mm liegen, in einer Ausführung 0,22 mm betragen. Eine solche Vertiefung als Teil der Positionsmarkierung ermöglicht einen einfachen und effizienten Aufbau, bei welchem über die Hauptfläche der plattenförmigen Komponente nichts übersteht, was gegebenenfalls negativen Einfluss auf die Abdichtung zwischen den einzelnen plattenförmigen Komponenten beim Aufstapeln zu dem Brennstoffzellenstapel haben könnte.
Im Falle, dass zumindest einer der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche durch eine Vertiefung oder zumindest als ein Teil einer Vertiefung in der plattenförmigen Komponente gebildet ist, ist vorzugsweise ein Übergang von diesem Bereich zu einem angrenzenden Bereich der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche derart auszuführen, dass ein (im Querschnitt der plattenförmigen Komponente, insbesondere im Querschnitt der plattenförmigen Komponente senkrecht zu der Hauptfläche gesehener) Radius des Übergangsbereichs im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm liegt, in einer Ausführung 0,15 mm beträgt.
Die in die Hauptfläche eingebrachte Vertiefung ist in einer Ausführung derart gebildet, dass ihre Tiefe, welche im Bereich von 0,2 mm bis 0,25 mm liegen kann, in einer Ausführung 0,22 mm beträgt, kleiner als die Dicke der plattenförmigen Komponente ist. Die Vertiefung bildet also keinen Durchbruch durch die plattenförmige Komponente, welcher ebenfalls mit einer Beeinträchtigung der Dichtheit des Aufbaus einhergehen könnte. Vielmehr ist der entsprechende Abschnitt der Positionsmarkierung lediglich in das Material der plattenförmigen Komponente eingebracht und kann insbesondere Teil einer Form bzw. eines Gesenks sein, in welcher die entsprechende plattenförmige Komponente hergestellt wird. Hierbei kann die Positionsmarkierung vorzugsweise werkzeugfallend primär unbehandelt gebildet werden, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass Kanten der Vertiefung gratfrei sind, und eventuell auftretende Grate entfernt werden.
Bei metallischen plattenförmigen Komponenten wie beispielsweise metallischen Separatorplatten oder Endplatten, welche vorzugsweise mit Separatorplatten auf der Basis von Kohlenstoffmaterial verbaut werden, kann der zumindest als Teil einer Vertiefung ausgebildete Bereich der Positionsmarkierung auch anderweitig ausgebildet sein, beispielsweise als Lasergravur, als Prägung, als strukturelles Element oder dergleichen.
Die plattenförmigen Komponenten können dabei wie bereits erwähnt Separatorplatten oder Teile von Separatorplatten, vorzugsweise bereits mit einer MEA (MembranElektrodenAnordnung) verbundene Separatorplatten oder Teile, insbesondere Halbschalen, von Separatorplatten sein. Außerdem umfassen die plattenförmigen Komponenten die entsprechenden Endplatten des Brennstoffzellenstapels. Auch weitere Zwischenplatten zum Abdichten einzelner Bereiche und/oder zum Umlenken bzw. Verteilen von Medien sind natürlich denkbar. Diese plattenförmigen Komponenten werden dann aufeinandergestapelt und über die Positionsmarkierung(en) entsprechend ausgerichtet, um so einfach, effizient und mit einer guten Eignung für den Großserieneinsatz eine zuverlässige Stapelung zu erreichen. Dies ist dabei unabhängig von der geometrischen Ausgestaltung der äußeren Kanten, insbesondere ihren Toleranzen sowie eventuellen Graten, welche bei der Herstellung entstehen können.
Insbesondere können die Separatorplatten oder Teile von Separatorplatten dabei aus einem kohlenstoffaufweisenden Material und einem Matrixmaterial bestehen, also beispielsweise aus einem mit Kohlenstoff gemischten Harz oder dergleichen. Dieses Material kann in einer Form bzw. einem Gesenk geformt und/oder ausgehärtet sein. Die Form beinhaltet dabei die gesamte Geometrie für die Separatorplatten, wie einerseits die funktionalen Flächen und andererseits die Positionsmarkierung(en), welche also durch ein inverses Abbild in der Form abgebildet wird und damit außerordentlich genau in Bezug auf die anderen funktionalen Teile der plattenförmigen Komponenten platziert werden kann. Dies schafft eine hohe Präzision, welche bei einer Nutzung der Positionsmarkierung zum Ausrichten der einzelnen plattenförmigen Komponente beim Aufstapeln einfach und effizient zu qualitativ hochwertigen Brennstoffzellenstapeln führt.
Bei einigen Ausführungen können jeweilige Tangenten auf die jeweiligen Abschnitte der Oberflächen von zwei der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche, welche durch einen anderen Bereich der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche getrennt sind, jeweilige unterschiedliche Neigungen relativ zu der Normalen auf die mittlere Plattenebene aufweisen.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Bestimmung der Position der plattenförmigen Komponente weiter verbessert werden.
Bei einigen Ausführungen weisen zwei der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche, welche durch zumindest einen anderen der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche getrennt sind, koplanare Oberflächen auf.
Hierdurch kann erreicht werden, dass, gleiche Rauigkeit vorausgesetzt, die mittlere Reflektivität der beiden Bereiche mit den koplanaren Oberflächen gleich ist.
Bei einigen Ausführungen ist zumindest ein Bereich der drei aneinandergrenzenden Bereiche ein ringförmiger Bereich.
Ein solchermaßen ausgebildeter ringförmiger Bereich kann eine exakte Erfassung und relativ exakte Ausrichtung des Aufbaus ermöglichen, da eine Steuerung zum fluchtenden übereinander Anordnen von Positionsmarkierungen mit zumindest einem ringförmigen Bereich relativ einfach, effizient und mit hoher Genauigkeit realisiert werden kann. Bei einigen Ausführungen weist zumindest einer der drei aneinandergrenzenden Bereiche, in einer Ausführung in einem Querschnitt der plattenförmigen Komponente, insbesondere im Querschnitt der plattenförmigen Komponente senkrecht zu der Hauptfläche, gesehen, einen konvexen Abschnitt oder einen konkaven Abschnitt auf.
Hierdurch kann in einer Ausführung in dem Brennpunkt des konvexen oder konkaven Abschnitts ein Lichtring gebildet werden, wodurch der Kontrast des mittels des optischen Sensors erfassten Bildes der Positionsmarkierung weiter verbessert werden kann.
Bei einigen Ausführungen sind die zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche konzentrische Bereiche.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Bestimmung der Position der plattenförmigen Komponente weiter verbessert werden, da anhand der konzentrischen Bereiche das Zentrum der Positionsmarkierung einfacher bestimmbar sein kann.
In einer Ausführung, in der die zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche fünf aneinandergrenzende kreis- bzw. ringförmige konzentrische Bereiche sind, kann ein Durchmesser eines innersten (kreisförmigen) der fünf Bereiche im Bereich von 2 mm bis 2,5 mm liegen, in einer Ausführung 2,25 mm betragen, während ein Durchmesser eines von einem Zentrum der Positionsmarkierung radial nach außen gesehenen vierten der fünf Bereiche im Bereich von 4,5 mm bis 5,5 mm liegen, in einer Ausführung 5 mm betragen kann.
Weiterhin kann bei dieser Ausführung ein jeweiliger Neigungswinkel der jeweiligen Tangente auf einen jeweiligen Abschnitt des innersten Bereichs, des dritten Bereichs und des fünften Bereichs im Bereich von 0° bis 5° liegen, in einer Ausführung 0° betragen, der Neigungswinkel der Tangente auf den Abschnitt des zweiten Bereichs im Bereich von 10° bis 60° liegen, in einer Ausführung 20° betragen, und der Neigungswinkel der Tangente auf den Abschnitt des vierten Bereichs im Bereich von 70° bis 85° liegen. Ferner kann bei dieser Ausführung eine Breite bzw. eine Länge des dritten Bereichs der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche im Bereich von 0,4 mm bis 0,45 mm liegen, in einer Ausführung 0,429 mm betragen.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren und/oder Ermitteln einer Position und/oder Orientierung zumindest einer im vorhergehenden beschriebenen plattenförmigen Komponente, insbesondere zum Aufstapeln mehrerer plattenförmiger Komponenten zu einem Brennstoffzellenstapel, wobei mittels eines optischen Sensors die Positionsmarkierung auf der plattenförmigen Komponente erfasst und die Position und/oder Orientierung der plattenförmigen Komponente basierend auf der erfassten Positionsmarkierung ermittelt wird.
Hierbei kann bei einigen Ausführungen die plattenförmige Komponente basierend auf der ermittelten Position und/oder Orientierung der plattenförmigen Komponente positioniert werden.
Weiterhin können hierbei bei einigen Ausführungen mehrere der plattenförmigen Komponenten zu einem Brennstoffzellenstapel aufgestapelt werden, wobei die Ausrichtung der plattenförmigen Komponenten mittels einer automatisierten Ablageeinrichtung basierend auf den ermittelten Positionen und/oder Orientierungen der plattenförmigen Komponenten erfolgen kann.
Die Positionsmarkierung ist dabei auf allen plattenförmigen Komponenten dieselbe Markierung an derselben Position, so dass diese sehr einfach als Basis zum Ausrichten der plattenförmigen Komponenten zueinander nutzbar ist.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, welcher mehrere übereinandergestapelte im vorhergehenden beschriebene plattenförmige Komponenten aufweist. Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Ausrichten von zumindest zwei im vorhergehenden beschriebenen plattenförmigen Komponente aufeinander, welches die folgenden Schritte aufweist:
Empfangen von Daten, die mittels eines optischen Sensors erfasste Bilddaten zumindest einer Positionsmarkierung einer ersten der zumindest zwei plattenförmigen Komponenten aufweisen,
Auswerten der erfassten Bilddaten der zumindest einen Positionsmarkierung der ersten plattenförmigen Komponente, um eine Position und/oder Orientierung der ersten plattenförmigen Komponente zu ermitteln,
Empfangen von Daten, die mittels des optischen Sensors erfasste Bilddaten zumindest einer Positionsmarkierung einer zweiten der zumindest zwei plattenförmigen Komponenten aufweisen,
Auswerten der erfassten Bilddaten der zumindest einen Positionsmarkierung der zweiten plattenförmigen Komponente, um eine Position und/oder Orientierung der zweiten plattenförmigen Komponente zu ermitteln,
Vergleichen der ermittelten Positionen und/oder Orientierungen der ersten und der zweiten plattenförmigen Komponenten, und
Ausgeben eines Signals an eine automatisierte Ablegeeinrichtung, um die automatisierte Ablegeeinrichtung dazu zu veranlassen, die Position und/oder Orientierung der zweiten plattenförmigen Komponente derart zu verändern, dass die erste und die zweite plattenförmige Komponente derart übereinandergestapelt sind, dass ihre Positionen und/oder Ausrichtungen aufeinander ausgerichtet sind.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest wo technisch sinnvoll, auch für den zweiten Aspekt, den dritten Aspekt und den vierten Aspekt der Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt. Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, in denen durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen, wenigstens teilweise schematisch:
Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens zum Aufstapeln von plattenförmigen Komponenten zu einem Brennstoffzellenstapel,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine plattenförmige Komponente für einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer Ausführung,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch eine in Fig. 2 veranschaulichte plattenförmige Komponente gemäß einer Ausführung entlang einer in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch eine in Fig. 2 veranschaulichte plattenförmige Komponente gemäß einer anderen Ausführung entlang der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A, und
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines von der in Fig. 4 veranschaulichten Positionsmarkierung mittels eines optischen Sensors erfassten Bildes.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufstapeln von plattenförmigen Komponenten zu einem Brennstoffzellenstapel gemäß einer Ausführung.
Der Brennstoffzellenstapel 100 weist an seinem unteren Ende eine Endplatte 20, insbesondere Kathodenendplatte oder Anodenendplatte, auf, auf welche, gegebenenfalls nach der Anordnung einer hier nicht dargestellten Zwischenplatte, Separatorplatten 10, in einer Ausführung mit einer eingebrachten Membranelektrodenanordnung, aufgestapelt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Membranelektrodenanordnung bei dem Verfahren auch auf eine bereits positionierte Separatorplatte 10 aufgebracht werden, und dann die nächste Separatorplatte 10 darauf angeordnet bzw. gestapelt werden.
Die Anlage zur automatisierten Durchführung des Verfahrens ist als eine automatisierte Ablegeeinrichtung 30 beispielsweise in Form eines Roboters ausgebildet, welche einen Greifarm 31 aufweist und mit einem optischen Sensor 40, welcher beispielsweise eine Kamera aufweisen kann, über eine Kommunikationsverbindung verbunden ist. In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand wurde von dem Greifarm 31 bereits eine Separatorplatte 10' von einer nicht gezeigten Lagervorrichtung für plattenförmige Komponenten 10, 20 aufgenommen, wobei die Separatorplatte 10' derart auf den bereits aufgestapelten Teil des Brennstoffzellenstapels 100 gestapelt werden soll, dass die plattenförmigen Komponenten 10, 20 an- bzw. aufeinander ausgerichtet sind.
Zur positionsgenauen Ausrichtung der plattenförmigen Komponenten 10, 20 weisen diese eine oder mehrere, in einer Ausführung zwei, in Fig. 2 veranschaulichte Positionsmarkierungen 11 auf. Die Anlage ist dazu eingerichtet, mittels des optischen Sensors 40 ein Bild dieser Positionsmarkierung(en) 11 zu erfassen, basierend auf dem erfassten Bild die (räumliche) Position und Ausrichtung der plattenförmigen Komponenten 10, 20 im Raum zu bestimmen, und eine Bewegung des Greifarms 31 derart zu steuern, dass die plattenförmige Komponente 10, 20 positionsgenau auf dem bereits aufgestapelten Teil des Brennstoffzellenstapels 100 positioniert wird.
In der in Fig. 2 dargestellten Ausführung ist die plattenförmige Komponente als Separatplatte 10 ausgebildet. Bei anderen, nicht in Fig. 2 gezeigten Ausführungen, kann die plattenförmige Komponente auch als Kathodenendplatte 20, Anodenendplatte 20, Zwischenplatte, Halbschale einer Separator-, Kathodenend-, oder Anodenendplatte, oder Rahmen zum Halten einer Membranelektrodenanordnung ausgebildet sein.
Die Positionsmarkierungen 11 sind innerhalb einer äußeren Kante 13 der plattenförmigen Komponente 10, 20 derart angeordnet, dass ihre Position relativ zu den funktionalen Elementen der plattenförmigen Komponente 10, 20, welche beispielsweise Durchbrüche 12 zur Zufuhr und Abfuhr von Edukten, Produkten und Kühlmedium sowie ein in der Mitte befindliches Strömungsfeld 14 aufweisen, unabhängig von eventuellen Toleranzen und/oder mechanischen Beeinträchtigungen dieser Kanten 13 ist.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht durch die in Fig. 2 veranschaulichte plattenförmige Komponente gemäß einer Ausführung entlang einer in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A, insbesondere entlang einer auf der plattenförmigen Komponente ausgebildeten Positionsmarkierung.
Die Positionsmarkierung 11 bzw. ein Teil davon weist eine Vertiefung auf, die in eine Hauptfläche 15 der plattenförmigen Komponente 10, 20 eingebracht ist. Hierbei weist die Oberfläche der plattenförmigen Komponente 10, 20 drei aneinandergrenzende kreis- bzw. ringförmige konzentrische Bereiche b1 , ..., b3 auf, welche Teile der Positionsmarkierung 1 1 sind bzw. bilden. Dabei sind jeweilige benachbarte der drei aneinandergrenzenden Bereiche b1 , ... , b3 derart ausgebildet, dass bei einer Betrachtung der Oberfläche entlang einer vorgegebenen Richtung, insbesondere relativ zu der Hauptfläche 15, die jeweiligen benachbarten Bereiche b1 , ..., b3 unterschiedliche mittlere Reflektivitäten zumindest im sichtbaren Bereich aufweisen.
Dies wird in der in Fig. 3 veranschaulichten Ausführung insbesondere dadurch erreicht, dass jeweilige Tangenten t1 , t2, t3 auf jeweilige Abschnitte der Oberflächen jeweiliger benachbarter Bereiche b1 und b2 bzw. b2 und b3 jeweilige unterschiedliche Neigungen relativ zu einer Normalen auf eine mittlere Plattenebene der plattenförmigen Komponente 10, 20, die einem gemittelten Höhenprofil der plattenförmigen Komponente 10, 20 entspricht, und in einer Ausführung parallel zu der Hauptfläche 15 der plattenförmigen Komponente 10, 20 verläuft, aufweisen.
Hierbei weisen die Bereiche b1 und b3, die durch den Bereich b2 getrennt sind, koplanare Oberflächen auf, wobei ein Neigungswinkel der Tangenten t1 und t3 0° relativ zu der Normalen auf die mittlere Plattenebene beträgt, und der Neigungswinkel der Tangente t2 relativ zu der Normalen auf die mittlere Plattenebene etwa 45° beträgt. Des Weiteren weist der Bereich b2 einen in Querschnittsrichtung gesehenen konvexen Bereich auf. Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht durch die in Fig. 2 veranschaulichte plattenförmige Komponente gemäß einer anderen Ausführung entlang der in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie A-A, insbesondere entlang der auf der plattenförmigen Komponente ausgebildeten Positionsmarkierung.
Die Positionsmarkierung 11 bzw. ein Teil davon weist mehrere Vertiefungen auf, die in die Hauptfläche 15 der plattenförmigen Komponente 10, 20 eingebracht sind und eine kleinere Tiefe d, welche im Bereich von 0,2 mm bis 0,25 mm liegen kann, in einer Ausführung 0,22 mm beträgt, als eine Dicke D der plattenförmigen Komponente 10, 20 aufweisen.
Hierbei weist die Oberfläche der plattenförmigen Komponente 10, 20 fünf aneinandergrenzende kreis- bzw. ringförmige konzentrische Bereiche b11 , ... , b15 auf, welche Teile der Positionsmarkierung 11 sind bzw. bilden. Ein Durchmesser d1 des kreisförmigen innersten Bereichs b11 kann im Bereich von 2 mm bis 2,5 mm liegen, in einer Ausführung 2,25 mm betragen, ein äußerer Durchmesser d2 des ringförmigen Bereichs b14 kann im Bereich 4,5 mm bis 5,5 mm liegen, in einer Ausführung 5 mm betragen, und eine Breite des von dem Zentrum der Positionsmarkierung 11 radial nach außen gesehenen dritten ringförmigen Bereichs b13 kann im Bereich von 0,4 mm bis 0,45 mm liegen, in einer Ausführung 0,429 mm betragen. Des Weiteren sind die Übergänge zwischen benachbarten der Bereiche b11 , ... , b15 derart ausgeführt, dass ein jeweiliger Übergangsbereich (im Querschnitt der plattenförmigen Komponente 10, 20, insbesondere im Querschnitt der plattenförmigen Komponente 10, 20 senkrecht zu der Hauptfläche 15, gesehen) einen Radius im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm aufweist, in einer Ausführung 0,15 mm beträgt.
Jeweilige benachbarte der fünf aneinandergrenzenden Bereiche b11 , ... , b15 sind derart ausgebildet, dass bei einer Betrachtung der Oberfläche entlang einer vorgegebenen Richtung die jeweiligen benachbarten Bereiche b11 , ... , b15 unterschiedliche mittlere Reflektivitäten zumindest im sichtbaren Bereich aufweisen. Dies wird in der in Fig. 4 veranschaulichten Ausführung insbesondere dadurch erreicht, dass jeweilige Tangenten t11 , t15 auf jeweilige Abschnitte der Oberflächen jeweiliger benachbarter Bereiche b11 , b15 jeweilige unterschiedliche Neigungen relativ zu einer Normalen auf eine mittlere Plattenebene, die einem gemittelten Höhenprofil der plattenförmigen Komponente 10, 20 entspricht, und parallel zu der Hauptfläche 15 verläuft, aufweisen.
Hierbei weisen die Bereiche b11 , b13 und b15, die durch die Bereich b12 bzw. b14 getrennt sind, koplanare Oberflächen auf, wobei ein Neigungswinkel der Tangenten t11 , t13 und t15 0° beträgt, der Neigungswinkel der Tangente t12 im Bereich von 10° bis 60° liegt, in einer bevorzugten Ausführung 20° beträgt, und der Neigungswinkel der Tangente t14 im Bereich von 70° bis 85° liegt. Des Weiteren weisen die Bereiche b12 und b14 einen in Querschnittsrichtung gesehenen konvexen Bereich, und die Bereiche b13 weisen einen in Querschnittsrichtung gesehenen konkaven Bereich auf.
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht eines von der in Fig. 4 veranschaulichten Positionsmarkierung mittels eines optischen Sensors erfassten Bildes.
Das Bild 60 der Positionsmarkierung 11 , welches mittels eines entlang der vorgegebenen Richtung, insbesondere senkrecht zur Hauptfläche 15, ausgerichteten optischen Sensors 40 erfasst wurde, weist entsprechend den Bereichen b11 , ... , b15 der Oberfläche der plattenförmigen Komponente 10, 20 ausgebildete Bereiche 61 , ..., 65 auf, wobei jeweilige benachbarte der Bereiche 61 , ... , 65 unterschiedliche Helligkeiten aufweisen, sodass die unterschiedlichen Bereiche b11 , ..., b15 der Oberfläche der plattenförmigen Komponente 10, 20 klar unterscheidbar sind.
Bei einem Verfahren zum Positionieren und/oder Ermitteln einer Position und/oder Orientierung zumindest einer plattenförmigen Komponente 10, 20 gemäß einer Ausführung, insbesondere zum Aufstapeln mehrerer plattenförmiger Komponenten 10, 20 zu einem Brennstoffzellenstapel 100, wird mittels des optischen Sensors 40 die Positionsmarkierung 11 der plattenförmigen Komponente 10, 20 erfasst und die Position und/oder Orientierung der plattenförmigen Komponente 10, 20 basierend auf der erfassten Positionsmarkierung 11 ermittelt.
Hierbei kann die plattenförmige Komponente 10, 20 basierend auf der ermittelten Position und/oder Orientierung der plattenförmigen Komponente 10, 20 positioniert werden.
Weiterhin können hierbei mehrere der plattenförmigen Komponenten 10, 20 zu einem Brennstoffzellenstapel 100 aufgestapelt werden, wobei die Ausrichtung der plattenförmigen Komponenten 10, 20 mittels der automatisierten Ablageeinrichtung 30 basierend auf den ermittelten Positionen und/oder Orientierungen der plattenförmigen Komponenten 10, 20 erfolgen kann.
Bei einem computerimplementierten Verfahren zum Ausrichten von zumindest zwei plattenförmigen Komponente 10, 20 werden:
Daten empfangen, die mittels des optischen Sensors 40 erfasste Bilddaten zumindest einer Positionsmarkierung 11 einer ersten der zumindest zwei plattenförmigen Komponente 10, 20 aufweisen, die erfassten Bilddaten der zumindest einen Positionsmarkierung 11 der ersten plattenförmigen Komponente 10, 20 ausgewertet, um eine Position und/oder Orientierung der ersten plattenförmigen Komponente 10, 20 zu ermitteln,
Daten empfangen, die mittels des optischen Sensors 40 erfasste Bilddaten zumindest einer Positionsmarkierung 11 einer zweiten der zumindest zwei plattenförmigen Komponenten 10, 20 aufweisen, die erfassten Bilddaten der zumindest einen Positionsmarkierung 11 der zweiten plattenförmigen Komponente 10, 20 ausgewertet, um eine Position und/oder Orientierung der zweiten plattenförmigen Komponente 10, 20 zu ermitteln, die ermittelten Positionen und/oder Orientierungen der ersten und der zweiten plattenförmigen Komponenten 10, 20 verglichen, und ein Signal an die automatisierte Ablegeeinrichtung 30 ausgegeben, um die automatisierte Ablegeeinrichtung 30 dazu zu veranlassen, die Position und/oder Orientierung der zweiten plattenförmigen Komponente 10, 20 derart zu verändern, dass die erste und die zweite plattenförmige Komponente 10, 20 derart übereinandergestapelt sind, dass ihre Positionen und/oder Ausrichtungen aufeinander ausgerichtet sind.
Bezuqszeichenliste
10 Separatorplatte
11 Positionsmarkierung
12 Durchbruch
13 äußere Kante
14 Strömungsfeld
15 Hauptfläche der plattenförmigen Komponente
20 End platte
30 automatisierte Ablegeeinrichtung
31 Greifarm
40 optischer Sensor
60 Bild der Positionsmarkierung
61 , 65 Bereiche des Bildes der Positionsmarkierung b1 , b3; b11 , ... , b15 Bereiche der Oberfläche der plattenförmigen Komponente t1 , t3; t11 , .. . , t15 Tangenten auf Bereiche der Oberfläche der plattenförmigen Komponente d1 , d2 Durchmesser kreis- bzw. ringförmiger Bereiche der Oberfläche der plattenförmigen Komponente d Tiefe der Vertiefung
D Dicke der plattenförmigen Komponente

Claims

ANSPRÜCHE
1. Plattenförmige Komponente (10, 20), insbesondere Separatorplatte,
Kathodenendplatte, Anodenendplatte, Halbschale einer Separator-, Kathodenend-, oder Anodenendplatte, oder Rahmen zum Halten einer Membranelektrodenanordnung, für einen Brennstoffzellenstapel (100), wobei eine Oberfläche der plattenförmigen Komponente (10, 20) zumindest drei aneinandergrenzende Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ... , b15) aufweist, welche zumindest Teile einer Positionsmarkierung (11) bilden, und jeweilige benachbarte der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ..., b15) derart ausgebildet sind, dass bei einer Betrachtung der Oberfläche entlang einer vorgegebenen Richtung die jeweiligen benachbarten Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ... , b15) unterschiedliche mittlere Reflektivitäten zumindest im sichtbaren Bereich aufweisen.
2. Plattenförmige Komponente (10, 20) nach Anspruch 1 , wobei die Oberflächen der jeweiligen benachbarten der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ... , b15) unterschiedliche mittlere Rauigkeiten aufweisen.
3. Plattenförmige Komponente (10, 20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeweilige Tangenten (t1 , ... , t3; t11 , ... , t15) auf jeweilige Abschnitte der Oberflächen der jeweiligen benachbarten der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ... , b15) jeweilige unterschiedliche Neigungen relativ zu einer Normalen auf eine mittlere Plattenebene, die einem gemittelten Höhenprofil der plattenförmigen Komponente (10, 20) entspricht, aufweisen.
4. Plattenförmige Komponente (10, 20) nach Anspruch 3, wobei jeweilige Tangenten (t1 , ... , t3; t11 , ... , t15) auf die jeweiligen Abschnitte der Oberflächen von zwei der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , b3; b11 , b15), welche durch einen anderen Bereich der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , b3; b1 1 , b15) getrennt sind, jeweilige unterschiedliche Neigungen relativ zu der Normalen auf die mittlere Plattenebene aufweisen.
5. Plattenförmige Komponente (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ... , b15), welche durch zumindest einen anderen der zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ... , b15) getrennt sind, koplanare Oberflächen aufweisen.
6. Plattenförmige Komponente (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Bereich der drei aneinandergrenzenden Bereiche (10, 20) ein ringförmiger Bereich ist.
7. Plattenförmige Komponente (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ... , b15) einen konvexen Abschnitt oder einen konkaven Abschnitt aufweist.
8. Plattenförmige Komponente (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest drei aneinandergrenzenden Bereiche (b1 , ... , b3; b11 , ... , b15) konzentrische Bereiche sind.
9. Verfahren zum Positionieren und/oder Ermitteln einer Position und/oder Orientierung zumindest einer plattenförmigen Komponente (10, 20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Aufstapeln mehrerer plattenförmiger Komponenten (10, 20) zu einem Brennstoffzellenstapel (100), wobei mittels eines optischen Sensors (40) die Positionsmarkierung (11 ) der plattenförmigen Komponente (10, 20) erfasst und die Position und/oder Orientierung der plattenförmigen Komponente (10, 20) basierend auf der erfassten Positionsmarkierung (11) ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die plattenförmige Komponente (10, 20) basierend auf der ermittelten Position und/oder Orientierung der plattenförmigen Komponente (10, 20) positioniert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei mehrere der plattenförmigen Komponenten (10, 20) zu einem Brennstoffzellenstapel (100) aufgestapelt werden, und die Ausrichtung der plattenförmigen Komponenten (10, 20) mittels einer automatisierten Ablageeinrichtung (30) basierend auf den ermittelten Positionen und/oder Orientierungen der plattenförmigen Komponenten (10, 20) erfolgt.
12. Brennstoffzellenstapel (100), aufweisend mehrere übereinandergestapelte plattenförmige Komponenten nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
13. Computerimplementiertes Verfahren zum Ausrichten von zumindest zwei plattenförmigen Komponenten (10, 20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufeinander, aufweisend die Schritte:
Empfangen von Daten, die mittels eines optischen Sensors (40) erfasste Bilddaten zumindest einer Positionsmarkierung (1 1) einer ersten der zumindest zwei plattenförmigen Komponente (10, 20) aufweisen,
Auswerten der erfassten Bilddaten der zumindest einen Positionsmarkierung (11) der ersten plattenförmigen Komponente (10, 20), um eine Position und/oder Orientierung der ersten plattenförmigen Komponente (10, 20) zu ermitteln,
Empfangen von Daten, die mittels des optischen Sensors (40) erfasste Bilddaten zumindest einer Positionsmarkierung (11) einer zweiten der zumindest zwei plattenförmigen Komponenten (10, 20) aufweisen,
Auswerten der erfassten Bilddaten der zumindest einen Positionsmarkierung (11) der zweiten plattenförmigen Komponente (10, 20), um eine Position und/oder Orientierung der zweiten plattenförmigen Komponente (10, 20) zu ermitteln, Vergleichen der ermittelten Positionen und/oder Orientierungen der ersten und der zweiten plattenförmigen Komponenten (10, 20), und
Ausgeben eines Signals an eine automatisierte Ablegeeinrichtung (30), um die automatisierte Ablegeeinrichtung (30) dazu zu veranlassen, die Position und/oder Orientierung der zweiten plattenförmigen Komponente (10, 20) derart zu verändern, dass die erste und die zweite plattenförmige Komponente (10, 20) derart übereinandergestapelt sind, dass ihre Positionen und/oder Ausrichtungen aufeinander ausgerichtet sind.
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